DE8135891U1 - Vorrichtung zur Ermittlung und Auswertung von Schwankungen des Flächegewichts von Vliesen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung und Auswertung von Schwankungen des Flächengewichts von lignozellulose- \

und/oder zellulosehaltigen Teilchen, Fasern oder dergleichen V sowie zumindest ein Bindemittel enthaltenden Vliesen/bei dem

eine Vielzahl von Einzelmessungen zumindest im wesentlichen ,)

in Querrichtung des durch eine Meßstation laufenden Vlieses |

durchgeführt wird und aus den erhaltenen Meßwerten zur %

Korrektur aufgetretener Ungleichmäßigkeiten im Vliesaufbau » geeignete Anzeige- und/oder Steuergrößen gebildet werden=

Bei der Fertigung von Span-, Faser-, Holzzement- und ähnlichen Platten wird das Gemisch aus lignozellulose- und/oder zellulosehaltigen Teilchen, Fasern oder dergleichen und Bindemittel in Form von Leim, Zement, Gips oder dergleichen sowie Kombinationen davon mit Hilfe von Formstationen zu einem Vlies gestreut und \ anschließend unter Anwendung von Wärme und Druck zu Platten ' gepreßt.

An die Gleichmäßigkeit der Streuung müssen hohe Anforderungen ■ gestellt werden, da die Festigkeitseigenschaften der fertigen ^; Platten gerade von der Gleichmäßigkeit der Streuung, bzw. der Gleichmäßigkeit des Flächengewichts abhängig sind.

Durch vor allem dem Werkstoff Holz eigene Materialschwankungen, durch Fehler in der Trocknung, durch unterschiedliche Zerkieinerungsgrade, die hauptsächlich durch die sich verringernde Schärfe der zur Zerspanung verwendeten Messer hervorgerufen werden, durch Beleimungsfehler sowie Fehler in Formstationen können innerhalb einer Platte störende Flächengewichtsschwankungen auftreten. Schwankungen in Längsrichtung einer Platte sind dabei meist langfristiger und hängen hauptsächlich vom Material sowie den Arbeitsgängen vor der Formstation ab, während Veränderungen in Querrichtung des Vlieses bzw. der Platte meist kurzfristiger Art sind und hauptsächlich abhängig sind von den Verhältnissen in der jeweiligen Formstation.

Hinzu kommt, daß für derartige Platten gemäß bestehender Normbestimmungen gewisse Festigkeitswerte zu garantieren sind. Da die Festigkeitseigenschaften, insbesondere die Biege- und Querzugsfestigkeiten praktisch direkt mit der Wichte einer solchen Platte korrellieren, bestand also die Forderung, daß stets zumindest die der gerade geforderten Festigkeit entsprechende Mindestwichte eingehalten wird. Dies bedeutet, daß diese Mindestwichte auch an solchen Stellen einer Platte vorzuliegen hat, an denen sich bedingt durch auftretende Schwankungen das geringste Flächengewicht ergibt. Da sich zudem in der Praxis mehrere Fehlermöglichkeiten addieren können, muß bei der Plattenfertigung bekanntlich mit Sicherheitszuschlagen gerechnet werden, die bis zu 10 % betragen können, d.h. daß in diesem Ausmaß mehr Material verwendet wird als eigentlich erforderlich wäre, um diesen den Sicherheitszuschlag bereits berücksichtigenden Sollwert kann das Flächengewicht erfahrungsgemäß um + 5 bis ± 8 % schwanken. Es wurde bereits auf verschiedene Weise versucht, diese störenden Flächengewichtsschwankungen zu erfassen und zu verringern.

So ist es bekannt, während der laufenden Produktion von Platten täglich von mehreren Platten Streifen abzuschneiden und diese dann hinsichtlich der Flächengewichtsverteilung im Labor zu messen. Dieses System der Probenentnahme ist jedoch aufwendig, hinsichtlich der übertragung der Meßergebnisse auf die Gesamtfertigung mit Unsicherheiten behaftet und vor allem nicht schnell genug, um bei Auftreten von störenden bzw. unzulässigen FlächengewichtsSchwankungen sofort in die Produktion eingreifen zu können.

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™ Aus dem DE-GBM 71 OO 795 ist eine mit einer Gammastrahlenquelle arbeitende Flächengewichtsmeßvorrichtung bekannt, die nach dem Durchstrahlprinzip bzw. dem Rückstrahlprinzip arbeitet und dazu eine Strahlenquelle und ein Target bzw. einen Empfänger aufweist, der die Intensität der auftreffen-

j den Strahlung mißt. Die Intensität der empfangenen Strahlung,

I die als Meßsignal ausgewertet wird, ist dabei abhängig von

[ der Meng<2 bzw. Dicke des im Strahlungsweg liegenden Materials.

I Alle mit radioaktiven Substanzen arbeitenden Meßverfahren

ξ weisen jedoch eine Reihe von Nachteilen auf, die vor allem

I darin bestehen, daß aufgrund bestehender Sicherheitsvor-

1 Schriften aufwendige Abschirmmaßnahmen getroffen werden

I müssen, daß der verwendbare Meßkegel im Regelfall einen

1 Durchmesser von 15 cm bis 30 cm besitzt und damit bei den

'i Messungen am Rand des jeweiligen Vlieses, der aus techno-

I logischen Gründen besonders interessant ist, starke Ver-

I fälschungen auftreten können, daß die erzielbare Meßgeschwin-

1 digkeit aufgrund ä^.r naturgegebenen Statistik der Radioisotopen-

I quelle begrenzt ist und daß bei den Durchstrahlverfahren auch

I die jeweiligen Vliesträger, die aus Blechen oder Bändern be-

1 stehen, durchstrahlt werden und Toleranzen dieser Vliesträger

I in die Messung eingehen. Bei Verwendung eines Rückstrahl-Meß-

I Verfahrens müssen derart erhebliche Abstriche hinsichtlich

I der erzielbaren Genauigkeit gemacht werden, daß dieses Ver-

I fahren in den meisten Fällen nicht eingesetzt werden kann.

ί Aus der US-PS 4 038 531 ist ein Verfahren zur Erzielung von

I Vliesen mit möglichst gleichem, bzw. vorgebbarem Gesamtge-

5^; wicht bekannt, und dabei wird das Gewicht des jeweiligen

^ Vliesträgers, das von Vliesträger zu Vliesträger verschieden

1 sein kann und sich außerdem durch auftretenden Verschleiß

; ändert, in den durchgeführten Messungen dadurch ausgeschaltet,

t daß jeweils das Gewicht eines leeren Vliesträgers bestimmt

ί und dann von dem Gesamtgewicht eines mit einem Vlies beladenen

I Vliesträgers abgezogen wird. Ergeben sich dann noch Abweichungen

I des errechneten Vliesg ewichts vom Sollwert, so wird entweder die

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Transportgeschwindigkeit der Vliesträger oder die Mengenschüttung des Vliesmaterials in der Weise verändert, daß sich wieder das geforderte Sollgewicht pro Vliesabschnitt einstellt.

Dieses Verfahren ist jedoch verhältnismäßig aufwendig und ungenau und gestattet es ferner nicht, die Verteilung der Flächendichte in Quer- und/oder Längsrichtung des Vlieses im Sinne einer Vergleichmäßigung der Flächendichteverteilung zu beeinflussen.

Aufgabe der Erfindung ist es, das Verfahren der eingangs angeführten Art in der Weise zu gestalten, daß eine zu einer wesentlichen Einsparung von Rohmaterialkosten führende Verbesserung der Gleichmäßigkeit der Flächendichte erreicht, gleichzeitig eine durch hohe Arbeitsgeschwindigkeit gewährleistete, kontinuierliche Qualitätsüberwachung des jeweils geformten Vlieses sichergestellt und außerdem jegliche Umweltgefährdung durch radioaktive Substanzen vermieden wird.

Gelöst wird diese Aufgabe nach der Erfindung dadurch, daß die Einzelmessungen in Form von berührungslosen Abstandsmessungen zwischen einer vorgebbaren Meßebene und dem Oberflächenprofil des Vliesas durchgeführt und die erhaltenen Meßwerte als für den jeweiligen Meßort representative Flächengevichtswerte weiterverarbeitet werden.

Unter sinnvoller Nutzung der Erkenntnis, daß zwischen Flächengewichtsabweichungen in Querrichtung und in Längsrichtung des Vlieses streng unterschieden werden kann und Abweichungen in Längsrichtung hauptsächlich materialbedingt und vergleichsweise langfristig sind, während Flächengewichtsabweichungen in Querrichtung nahezu ausschließlich maschinenbedingt sind, wird gemäß der Erfindung eine praktisch vollkommene Korrelation zwischen Schütthöhe und Flächengewicht geschaffen und dadurch erreicht, daß auf recht einfache und unproblematische Weise Meßwerte von hoher Genauigkeit praktisch kontinuierlich erzielt und dann jeweils in geeigneter Weise ausgewertet bzw.

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zur Einleitung eventuell erforderlicher Korrekturmaßnahmen genutzt werden.

Vorzugsweise wird zur berührungslosen Abstandsmessung ein Lichtstrahl verwendet, der bezüglich der Vliesoberfläche derart fokussiert ist, daß die Größe des Abtast-Lichtfleckes zumindest im Bereich der kleinsten auftretenden Oberflächenunregelmäßigkeiten des Vlieses liegt und damit eine sehr genaue Erfassung von Oberflächenunregelmäßigkeiten bzw. Flächendichtewerten ermöglicht wird.

Der jeweilige Abstand zwischen Meßebene und Abtast-Lichtfleck wird bevorzugt mittels eines optischen Systems oder durch eine Laufzeitmessung bestimmt. Die Einzelmessungen in Querrichtung des Vlieses werden dabei bevorzugt nacheinander und mit einer vergleichsweise hohen Taktfrequenz, die beispielsweise etwa 16 kHz beträgt, durchgeführt. Arbeitet man beispielsweise mit einer traversierenden Meßeinheit, so ist auf diese Weise selbst bei sehr hohen Vorschubgeschwindigkeiten des Vlieses ein schneller Durchlauf in Querrichtung bei praktisch unmittelbar aneinandergrenzenden Abtastlichtpunkten gewährleistet.

Aus den Einzelmeßwerten jeder Quermessung wird bevorzugt der Mittelwert gebildet, und die erhaltenen Mittelwerte können zur Bestimmung des Trends der durchschnittlichen Schütthöhe und/oder zur Bestimmung des absoluten Wertes de^ durchschnittlichen Flächengewichts mit Meßwerten einer Kuchenbzw, einer Fertigplattenwaage über einen Rechner in Verbindung gebracht werden.

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Werden der Wert der Fertigplattenwaage sowie die Abmessungen der gemessenen Platte in.einen Rechner eingegeben, so kann aus diesen Werten das durchschnittliche Flächengewicht errechnet werden. Dieser Wert kann mit dem Mittelwert der Oberflächenmessung in Verbindung gebracht werden, so daß man über den Mittelwert der Oberflächenmessung den absoluten Wert des durchschnittlichen Flächengewichts erhalten kann.

Auch die Trendermittlung führt zu einem in der Praxis wichtigen Vorteil. Stellt sich beispielsweise heraus, daß das über die Fertigplattenwaage ermittelte Gewicht konstant bleibt, der Mittelwert der Schütthöhe sich jedoch verändert, so stellt dies einen Hinweis darauf dar, daß sich in der Spanzusammensetzung das Schüttgewicht verändert hat. Ein Anwachsen des Mittelwertes der Schütthöhe kann demgemäß ein Hinweis darauf sein, daß der Weichholzanteil der Spanzusaramensetzung größer geworden ist. Da eine Platte, die ganz aus Weichholz gefertigt ist, für gleiche Festigkeitseigenschaften ein niedrigeres Flächengewicht benötigt als eine Hartholzplatte, besteht somit eine sehr gute Möglichkeit, den Sollwert der Einwaage in der Formstation automatisch in einem bestimmten Ausmaß herunterzusetzen und auf diese Weise eine weitere Materialeinsparung zu realisieren.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird zusätzlich zur Abtastung des Abstands der Vliesoberfläche von einer Meßebene eine synchrone Abtastung des Abstandes

des jeweiligen Vliesträgers von einer weiteren Meßebene |

vorgenommen und über die erhaltenen, einander zugeordneten § Meßwerte eine Kompensation der von Unebenheiten des Vlies- ϊ trägers herrührenden Fehler vorgenommen. Auf diese Weise kann die Meßgenauigkeit weiter erhöht werden, und es wird

auch eine Unabhängigkeit der Meßwerte von eventuell an £

den Vliesträgern auftretenden Verschleißerscheinungen |

sichergestellt.

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Bei Spanplattenanlagen, die mit sehr hohem Ausstoß arbeiten, besteht die Formstation im Regelfall aus mehreren Streuköpfen, Ϊ insbesondere einem ersten Streukopf für die untere Deckschicht, einem zweiten Streukopf für die Mittelschicht und einem dritten Streukopf für die obere Deckschicht. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird nach jedem Streukopf eine in Querrichtung erfolgende Pre/'L" rmessung über eine Vielzahl von Abstandsbestimmunge*. i .r.jc/ührt, so daß man stets genauestens die Anteile der eiji2,.. .^,en Streuköpfe an der Schüttung kontrollieren kann. Auf diese Weise läßt sich ein eventueller unsymmetrischer Plattenaufbau, der in der fertigen Platte zu Verzugserscheinungen führen kann, vermeiden. Eine vorzugsweise verwendete Vorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens umfaßt wenigstens eine aus einem Sender und einem Empfänger bestehende Meßanordnung sowie eine zugehörige Auswerteeinheit, und der Sender besteht dabei aus einer Lichtquelle,, insbesondere einem Laser, während der Empfänger als optisches System zur Bestimmung des Abstandes zwischen dem Auftreffpunkt des Lichtstrahles auf dem Vlies und der durch die Position des Empfängers festgelegten Meßebene ausgebildet ist. Die Meßanordnung arbeitet dabei bevorzugt mit einer vergleichsweise hohen Taktfrequenz, insbesondere mit einer Taktfrequenz im Bereich von etwa 16 kHz.

Obwohl es prinzipiell möglich ist, mit stationärer, gegebenfalls aus einer Mehrzahl nebeneinander angeordneter Einheiten bestehender Meßanordnung zu arbeiten, wird als Meßanordnung bevorzugt eine in Querrichtung des Vlieses auf einer Traverse verfahrbare Einheit verwendet.

Für den Fall, daß auch eine Vliesträgerabtastung erfolgen muß, wird unterhalb des Vliesträgers eine zusätzliche Meßanordnung vorgesehen, wobei dann beide Meßanordnungen, nämlich die oberhalb und die unterhalb des Vlieses bzw. Vliesträgers angeordnete Meßanordnung gegenseitig ausgerichtet und auf ihnen jeweils zugeordneten Traversen synchron verschiebbar sind.

Erfindungswesentlich ist darüberhinaus, daß anstelle der von einer Kuchen- oder Fertigplattenwaage erhaltenen Meßsignale mit den von der erfindungsgemäßen Oberflächenmeßanlage erhaltenen Meßwerten auch die von einer traversierenden Radioisotopen-FIächengewichtsmaßanlage kommenden Signale bzw. Meßwerte kombiniert werden können.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielsweise erläutert; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 ein schematisches Diagramm zur Erläuterung von Flächendichteschwankungen, und

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung.

Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß beim Streuen eines Vlieses FlächengewichtsSchwankungen in Längs- und Querrichtung des Vlieses auftreten und dabei die Schwankungen in Längsrichtung meist langfristiger sind und hauptsächlich vom Material und/oder den Arbeitsvorgängen vor der Formstation abhängen, während Schwankungen der Flächendichte in Querrichtung meist kurzfristiger sind und hauptsächlich von den Verhältnissen in der Formstation selber abhängig sind.

Fig. 1 zeigt ein typisches Beispiel einer Flächendichteverteilung in Querrichtung einer Platte. Dabei ist zu sehen, daß die Flächendichte, deren Sollwert

im dargestellten Beispiel 10 kg/m² beträgt, zwischen

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9 kg/m und 13 kg/m schwankt.

Um sicherzugehen, daß die unmittelbar mit den Flächendichteschwankungen korrellierenden Festigkeitseigenschaften einer Platte mit Sicherheit eingehalten werden, muß demgemäß im Falle einer Platte, deren geforderte Festigkeitswerte

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einer Flächendichte von 10 kg/m entsprechen, mit einer ■

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Flächendichte von 11 kg/m gearbeitet werden, wenn Flächen-

dichteschwankungen im Ausmaß der Schwankungen nach Fig. 1 ]

vorliegen, da nur dann sichergestellt werden kann, daß an |

keiner Stelle der fertigen Platte sich Flächendichtenwerte |

unter 10 kg/m ergeben. Daß der somit nötige Sicherheits- \

Zuschlag von üblicherweise ca. 10 % zu einer ganz erheb- |

liehen Steigerung der Rohmaterialkosten führt, ist offen- \

Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung Aufbau und Funktionsweise einer Vorrichtung nach der Erfindung, die es über eine optische Abstandsmessung ermöglicht, die Flächendichteverteilung unmittelbar und kontinuierlich bei der Plattenfertigung zu erfassen und damit unmittelbar die erforderlichen Korrekturen in der Maschineneinstellung und/oder der Materialzusammensetzung vorzunehmen.

Auf einem Vliesträger 1, bei dem es sich beispielsweise um ein Metallband oder ein Blech handeln kann, ist ein zur ■yerpressung bestimmtes Vlies 2 angeordnet.

Die Oberfläche dieses Vlieses 2 ist übertrieben uneben gezeichnet, um die sich in Querrichtung des Vlieses aufgrund unterschiedlichster Einflußfaktoren ändernde Schütthöhe bzw. Flächendichte anzudeuten.

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An einer sich quer zum Vliesträger 1 erstreckenden und bezüglich des Vliesträgers einen definierten Abstand aufweisenden Traverse 3 ist eine längs der Traverse 3 verschiebbare Meßeinheit vorgesehen, die aus einem Sender 4 und einem Empfänger 5 besteht. Beim Sender 4 handelt es sich vorzugsweise um einen Laser, der einen scharf gebündelten Lichtstrahl 9 aussendet, welcher auf die Oberflächenstruktur des Vlieses 2 trifft und dort einen sehr kleinen Abtast-Lichtfleck 10 bildet.

Der Empfänger 5 stellt ein optisches System dar, das in der Lage ist, die Entfernung des Abtast-Lichtfleckes 10 von der durch die Position des Empfängers bestimmten Meßebene exakt zu bestimmen. Diese Abstandsbestimmung unter Verwendung der getakteten Meßeinheit 4, 5 kann über ein optisches Meßverfahren oder über eine Laufzeitmessung erfolgen.

Da der Abtast-Lichtfleck 10 in der Größenordnung der kleinsten Unregelmäßigkeiten der Oberflächenstruktur des Vlieses 2 liegt, treten auch in den seitlichen Randbereichen des Vlieses keinerlei störende Meßungenauigkeiten auf.

Unterhalb des Vliesträgers 1 ist eine weitere Traverse δ vorgesehen, die eine ebenfalls aus Sender und Empfänger bestehende Meßanordnung trägt, welche synchron mit der an der oberen Traverse 3 vorgesehenen Meßanordnung 4, 5 verschiebbar ist und dazu dient, eventuelle Unebenheiten bzw. Wellungen des Vliesträgers 1 zu erfassen, so daß vom Vliesträger herrührende und in das Meßergebnis der Meßanordnung 4, 5 eingehende Fehler durch Subtraktion wieder beseitigt werden können.

Meßvorrichtungen der in Fig. 2 dargestellten Art können im Falle einer Formstation mit mehreren Streuköpfen hinter jedem Streukopf angeordnet werden, und es ist ferner zu

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erwähnen, daß die erhaltenen Meßwerte und/oder daraus abgeleitete oder mit von anderen Einheiten herrührenden Meßwerten kombinierte Größen sowohl auf Druckern als auch auf Bildschirmgeräten unmittelbar zur Anzeige gebracht werden können, so daß die jeweilige Bedienungsperson erforderlichenfalls unverzüglich korrigierend in den Fertigungsprozeß eingreifen kann. Auch eine unmittelbare Beeinflussung der Fertigungsanlagen in Abhängigkeit von erhaltenen Meßergebnissen im Sinne eines Regelkreises ist möcrlich.

Claims (5)

Neue Schutzansprüche

1. Vorrichtung zur Ermittlung und Auswertung von Schwankungen des Flächengewichts von lignozellulose- und/oder zellulosehaltigen Teilchen, Fasern oder dergleichen enthaltenden und auf Trägern durch eine Meßstation geführten Vliesen, mit wenigstens einer Meßanordnung sowie einer zugehörigen Auswerteeinheit, dadurch gekennzeichnet , daß die Meßanordnung aus einer Einheit (4, 5) bestellt, in der ein Sender (4) und Empfänger (5) zusammengefaßt sind, daß die Einheit auf einer sich quer zum Vliesträger (1) erstreckenden, vliesseitig angeordneten und bezüglich des Vliesträgers einen definierten Abstand aufweisenden Traverse (3) gelagert und längs dieser Traverse verschiebbar angebracht ist.

MANlTZ FINSTERWALD HEYN MORGAfI BOfOMONOMEN21 FtOBERT-KOCHSTRASSEI TEL (089)224211 TELEX05-29672PATMF

GRAMKOW ROTERMUNU *7000'ST\jrrtiART" ät) (BAU CANNSTATT)* StELBERGSTR 23/25 TEL (0711) 567261 ZENTRALKASSE BAYER. VOLKSBANKEN MÖNCHEN KONTO-NUMMER 7270 POSTSCHECK MÜNCHEN 770 62 · 805

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (4) eine Lichtquelle enthält und der Empfänger (5) aus einem optischen System besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Sender (4) ein Ultraschallsender und der Empfänger (5) eine akustische Empfangseinhe.it ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß zusätzlich zu der oberhalb des yiieses (2) angeordneten Sender-Empfänger-Einheit (4, 5) auch unterhalb des Vliesträgers (1) eine entsprechend ausgebildete, und ebenfalls auf einer sich quer zum Vliesträger erstreckenden Traverse (6) gelagerte Sender-Empfänger-Einheit (7, 8) vorgesehen ist und daß die beiden Einheiten gegenseitig ausgerichtet auf den ihnen zugeordneten Traversen (3, 6) synchron verschiebbar angebracht sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Sender (4, 7) eine Fokussiereinrichtung enthält, die den auf das Vlies (2) gerichteten Lichtstrahl der Lichtquelle bezüglich der Vliesoberfläche derart fokussiert, daß die Größe des Abtast-Lichtfleckes zumindest im Bereich der kleinsten auftretenden Obej— flächenunregelmäßigkeiten des Vlieses liegt»