EP3714097B1 - Steuerung der faserstoffbehandlung - Google Patents

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EP3714097B1
EP3714097B1 EP18786284.2A EP18786284A EP3714097B1 EP 3714097 B1 EP3714097 B1 EP 3714097B1 EP 18786284 A EP18786284 A EP 18786284A EP 3714097 B1 EP3714097 B1 EP 3714097B1
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axial force
actuator
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Martin Heim
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Voith Patent GmbH
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Voith Patent GmbH
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    • D21G9/00—Other accessories for paper-making machines
    • D21G9/0009—Paper-making control systems
    • D21G9/0018—Paper-making control systems controlling the stock preparation

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling or regulating a device for treating fibrous material at least partially on the basis of its drive power, wherein the device has a housing in which at least a first treatment tool and a second treatment tool are arranged, the treatment tools are each fastened to a base plate, have a rotationally symmetrical shape, are arranged coaxially to one another, rotate relative to one another about a common axis and delimit a treatment gap through which the fibrous material flows, the gap width of which can be changed via an axial displacement of at least one base plate of a treatment tool.
  • the invention also relates to a device for treating fibrous material with a housing in which at least a first treatment tool and a second treatment tool are arranged, the treatment tools are each fastened to a base plate, have a rotationally symmetrical shape, are arranged coaxially to one another, rotate relative to one another about a common axis and delimit a treatment gap through which the fibrous material flows, the gap width of which can be changed by means of an actuator via an axial displacement of at least one base plate of a treatment tool, in order to carry out the method.
  • Devices of the above-mentioned type are used, for example, to improve the quality of pulp, TMP or fiber.
  • pulp fibers i.e. fresh pulp and/or waste paper fibers
  • the treatment surfaces are formed by replaceable fittings screwed to the corresponding base plate due to the relatively rapid wear.
  • the grinding sets In order to achieve the desired fibre properties, in particular the degree of freeness, the grinding sets must be adapted as best as possible to the fibre material to be treated, also in order to prevent excessive wear of the sets.
  • the object of the invention is to enable safe and efficient operation of these devices using the simplest possible means.
  • the object was achieved by measuring the axial force acting on the movable base plate and the width of the treatment gap at least controlled or regulated as a function of drive power and axial force.
  • the flow of the fiber suspension in the treatment gap occurs essentially in the radial direction, although due to the rotation there is also a directional component in the rotational direction and, in the case of a conical arrangement of the treatment tools, in the axial direction.
  • the gap width is set so that an optimal axial force is achieved for the fiber material to be treated.
  • the optimal axial force can be determined for a specific fiber material during operation by changing the gap width, measuring the axial force and recording the effects on the fiber material parameters after treatment.
  • a reduced gap width leads to increased elongation of the fiber material and an increased gap width leads to increased fibrillation of the fiber material.
  • a change in the ratio between drive power and axial force can be used to determine whether the parameters of the fiber material have changed.
  • the machine control system can then make the necessary adjustments on this basis.
  • the gap width of the device in particular should be readjusted.
  • the device it is essential that it has a measuring unit for detecting the axial force acting on the movable base plate.
  • the invention is particularly suitable for devices designed as refiners for grinding or as dispersers for dispersing the fiber material.
  • the treatment tool and base plate can also be made as a single piece.
  • the measuring unit can be arranged on this shaft and/or between the actuator and the shaft and/or in the actuator.
  • the measuring unit can be arranged in the actuator and/or between the actuator and the base plate.
  • the actuators can be hydraulic, pneumatic, electrical or manual.
  • Well-known force gauges can also be used for the measuring units.
  • the total drive power consumed by the device consists of the idle power and the specific drive power of the device relevant to the desired treatment intensity.
  • the paper pulp 1 is fed directly into the central, ie radially inner area of the refiner set, which is separated by the two treatment tools 3,4 is formed, pressed.
  • While one treatment tool 3 does not rotate and is thus designed as a stator, the other treatment tool 4 is rotatably mounted in the housing 2 of the refiner.
  • the treatment tools 3, 4 each have a rotationally symmetrical shape, wherein the two circular grinding surfaces are arranged parallel to each other and the gap distance between them can be adjusted via an axial displacement of the non-rotating treatment tool 3.
  • the rotating grinding surface is moved in the direction of rotation by a shaft 10 which is rotatably mounted in the housing 2.
  • This shaft 10 is driven by a drive which is also present in the housing 2.
  • the fiber suspension 1 to be ground passes through an inlet through the center into the grinding gap 6 between the grinding surfaces of the two treatment tools 3,4.
  • the fiber suspension 1 passes the interacting grinding surfaces radially outwards and leaves the adjacent annular space through an outlet.
  • Both grinding surfaces are each formed by several grinding plates, each of which extends over a circumferential segment of the corresponding grinding surface.
  • the grinding plates When arranged next to each other in the circumferential direction, the grinding plates form a continuous grinding surface.
  • the grinding plates and thus also the grinding surfaces are usually formed by a plurality of essentially radially extending grinding bars 9 and grooves in between.
  • the treatment tools 3, 4 are attached to corresponding base plates 7, 8.
  • the treatment gap 6 can not only run vertically but also inclined to the rotation axis 5, as in cone refiners.
  • the axial force F acting directly from the actuator 11 on the displaceable base plate 7 is measured by a measuring unit 12, for example in the form of a pressure cell arranged between the actuator 11 and the base plate 7, and the gap width between the treatment tools 3, 4 is regulated at least as a function of drive power and axial force F.
  • the treatment intensity of the fiber material 1, i.e. here the grinding performance, is essentially determined by the specific drive power of the device.
  • the width of the treatment gap 6 is adjusted so that an optimal axial force F is obtained which corresponds to the fiber material 1 to be treated and the desired parameters of the fiber material 1 after the treatment.
  • the machine control can measure the parameters of the fiber material or the fiber web produced from it, preferably online, and change the axial force F until the parameters reach an optimum.
  • the rotating base plate 4 can be designed to be axially displaceable.
  • the actuator 11 would act on the shaft 10 connected to the rotating base plate in order to change the width of the treatment gap 6.
  • the measuring unit 12 could be arranged between the shaft 10 and the actuator 11.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung oder Regelung einer Vorrichtung zur Behandlung von Faserstoff zumindest teilweise auf Grundlage ihrer Antriebsleistung, wobei die Vorrichtung ein Gehäuse besitzt, in welchem wenigstens ein erstes Behandlungswerkzeug und ein zweites Behandlungswerkzeug angeordnet ist, die Behandlungswerkzeuge jeweils auf einer Grundplatte befestigt sind, eine rotationssymmetrische Form haben, koaxial zueinander angeordnet sind, sich relativ zueinander um eine gemeinsame Achse drehen und einen vom Faserstoff durchströmten Behandlungsspalt begrenzen, dessen Spaltbreite über eine axiale Verschiebung wenigstens einer Grundplatte eines Behandlungswerkzeuges veränderbar ist.
  • Die Erfindung betrifft ebenso eine Vorrichtung zur Behandlung von Faserstoff mit einem Gehäuse, in welchem wenigstens ein erstes Behandlungswerkzeug und ein zweites Behandlungswerkzeug angeordnet ist, die Behandlungswerkzeuge jeweils auf einer Grundplatte befestigt sind, eine rotationssymmetrische Form haben, koaxial zueinander angeordnet sind, sich relativ zueinander um eine gemeinsame Achse drehen und einen vom Faserstoff durchströmten Behandlungsspalt begrenzen, dessen Spaltbreite mittels eines Stellgliedes über eine axiale Verschiebung wenigstens einer Grundplatte eines Behandlungswerkzeuges veränderbar ist, zur Durchführung des Verfahrens.
  • Derartige Vorrichtungen sind beispielsweise in der EP 0 406 225 A2 sowie der WO 00/43590 A1 beschrieben.
  • Durch die relativ hohe Konsistenz, die der Faserstoff bei der Behandlung hat, ist eine intensive mechanische Bearbeitung bei derartigen Vorrichtungen möglich, obwohl sich die relativ zueinander bewegbaren Behandlungswerkzeuge nicht berühren, sondern sich vielmehr in einem geringen Abstand aneinander vorbeibewegen. Dabei treten ganz erhebliche Kräfte auf.
  • Vorrichtungen der o.,g. Art werden z. B. zur Qualitätsverbesserung von Zellstoff, TMP oder Faserstoff eingesetzt.
  • Es ist seit langem bekannt, Zellstofffasern, d.h. Frischzellstoff und/oder Altpapierfasern zu mahlen, um bei der daraus hergestellten Faserstoffbahn die gewünschten Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich Festigkeit, Porosität, Formation und Oberfläche erreichen zu können.
  • Bei den, bei der Faserstoffaufbereitung zum Einsatz kommenden Refinern, Dispergern und Entstippern werden die Behandlungsflächen wegen des relativ schnellen Verschleißes von auswechselbaren, mit der entsprechenden Grundplatte verschraubten Garnituren gebildet.
  • Für das Erreichen der gewünschten Fasereigenschaften, insbesondere den Mahlgrad müssen die Mahlgarnituren dem zu behandelnden Faserstoff bestmöglich angepasst werden, auch um einen übermäßigen Verschleiß der Garnituren zu verhindern.
  • Außerdem wird zur Effizienzsteigerung der Faserbehandlung eine optimale Nutzung der verfügbaren Behandlungsfläche angestrebt.
  • Aus der US 2004 / 0112 997 A1 wie auch der DE 2 939 587 A1 sowie der DE 3 602 833 A1 ist es bekannt, die Leerlaufleistung vor Inbetriebnahme einmalig zu messen oder zu berechnen und als Basis für die Maschinensteuerung zu benutzen.
  • In allen Fällen vermindert sich bei einem zu großen Spalt die Effizienz der Behandlung. Bei einem zu kleinen Spalt wiederum besteht die Gefahr einer zu hohen, elektrischen Stromaufnahme und des Kontakts der Behandlungswerkzeuge.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es mit möglichst einfachen Mitteln einen sicheren und effizienten Betrieb dieser Vorrichtungen zu ermöglichen.
  • Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, dass die auf die verschiebbare Grundplatte einwirkende Axialkraft gemessen und die Breite des Behandlungsspaltes zumindest in Abhängigkeit von Antriebsleistung und Axialkraft gesteuert oder geregelt wird.
  • Über die Kenntnis der Axialkraft können Aussagen über die Strömungen zwischen den Behandlungswerkzeugen sowie die Behandlung der Fasern im Behandlungsspalt getroffen werden. Dies wiederum erlaubt es gezielter die Behandlung und damit die Parameter des Faserstoffs nach der Behandlung zu beeinflussen.
  • Die Strömung der Faserstoffsuspension im Behandlungsspalt erfolgt im Wesentlichen in radialer Richtung, wobei jedoch wegen der Rotation auch eine Richtungskomponente in Rotationsrichtung und bei kegelförmiger Anordnung der Behandlungswerkzeuge in axialer Richtung vorhanden sind.
  • Dabei ist es von Vorteil, wenn die Spaltbreite so eingestellt wird, dass sich eine dem zu behandelnden Faserstoff entsprechende optimale Axialkraft ergibt. Die optimale Axialkraft lässt sich bei einem bestimmten Faserstoff während des Betriebs ermitteln, indem die Spaltbreite verändert, die Axialkraft gemessen und die Auswirkungen auf die Parameter des Faserstoffs nach der Behandlung erfasst werden.
  • Alternativ ist es aber ebenso möglich, bei der Einstellung der optimalen Axialkraft auf Erfahrungswerte mit ähnlichem Faserstoff zurückzugreifen.
  • Hierbei ist auch zu berücksichtigen, dass die optimale Axialkraft von den gewünschten Parametern nach der Behandlung des Faserstoffs abhängt.
  • Sofern der Faserstoff in der Vorrichtung gemahlen wird, führt ein verringerte Spaltbreite zur verstärkten Längung des Faserstoffs und eine vergrößerte Spaltbreite zur verstärkten Fibrillierung des Faserstoffs.
  • Des Weiteren kann bei laufendem Betrieb der Vorrichtung bei einer Änderung des Verhältnisses zwischen Antriebsleistung und Axialkraft auf eine Parameterveränderung des Faserstoffs geschlossen werden. Auf dieser Basis kann dann die Maschinensteuerung die erforderlichen Anpassungen vornehmen.
  • So sollte bei einer Parameteränderung des Faserstoffs insbesondere die Spaltbreite der Vorrichtung neu eingestellt werden.
  • Hinsichtlich der Vorrichtung ist wesentlich, dass diese eine Messeinheit zur Erfassung der auf die verschiebbare Grundplatte einwirkenden Axialkraft besitzt.
  • Besonders geeignet ist die Erfindung für Vorrichtungen, die als Refiner zur Mahlung oder als Disperger zur Dispergierung des Faserstoffs ausgebildet sind.
  • Bei speziellen Ausführungen können Behandlungswerkzeug und Grundplatte auch einstückig ausgeführt sein.
  • Sofern die Axialkraft, wie insbesondere bei Dispergern üblich, vom Stellglied über eine axial verschiebbare Welle auf die Grundplatte übertragen wird, so kann die Messeinheit an dieser Welle und/oder zwischen dem Stellglied und der Welle und/oder im Stellglied angeordnet werden.
  • Wird die Axialkraft, wie von Refinern bekannt, vom Stellglied im Wesentlichen direkt auf die Grundplatte übertragen, so kann die Messeinheit im Stellglied und/oder zwischen Stellglied und Grundplatte angeordnet werden.
  • Die Stellgliede können auf hydraulischer, pneumatischer, elektrischer oder manueller Basis ausgeführt sein. Auch bei den Messeinheiten kann auf bekannte Kraftmesser zurückgegriffen werden.
  • Die gesamte von der Vorrichtung aufgenommene Antriebsleistung setzt sich dabei aus der Leerlaufleistung und der für die angestrebte Behandlungsintensität relevanten spezifischen Antriebsleistung der Vorrichtung zusammen.
  • Mit voranschreitender Betriebszeit der jeweiligen Behandlungswerkzeuge und damit auch zunehmendem Verschleiß derselben, insbesondere deren Profils vermindert sich die aktuelle Leerlaufleistung der Vorrichtung. Infolgedessen sollte die gesamte Leistungsaufnahme entsprechend abgesenkt werden.
  • In diesem Zusammenhang geben Veränderungen der Axialkraft während des Betriebs hilfreiche Informationen zum Verschleißzustand der Behandlungswerkzeuge. Nachfolgend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der beigefügten Zeichnung zeigt die Figur einen schematischen Querschnitt durch einen Refiner.
  • Der Papierfaserstoff 1 wird direkt in den zentralen, d.h. radial inneren Bereich der Refiner-Garnitur, welche von den beiden Behandlungswerkzeugen 3,4
    gebildet wird, gedrückt.
  • Während ein Behandlungswerkzeug 3 nicht rotiert und damit als Stator ausgebildet ist, ist das andere Behandlungswerkzeug 4 rotierbar im Gehäuse 2 des Refiners gelagert.
  • Die Behandlungswerkzeuge 3,4 haben jeweils eine rotationssymmetrische Form, wobei die beiden kreisringförmigen Mahlflächen parallel zueinander angeordnet sind und der Spalt-Abstand zwischen diesen über eine axiale Verschiebung des nicht-rotierenden Behandlungswerkzeuges 3 einstellbar ist.
  • Die rotierende Mahlfläche wird hier von einer im Gehäuse 2 rotierbar gelagerten Welle 10 in Rotationsrichtung bewegt. Angetrieben wird diese Welle 10 von einem ebenfalls im Gehäuse 2 vorhandenen Antrieb.
  • Die zu mahlende Fasersuspension 1 gelangt bei dem gezeigten Beispiel über einen Zulauf durch das Zentrum in den Mahl-Spalt 6 zwischen den Mahlflächen der beiden Behandlungswerkzeuge 3,4.
  • Die Fasersuspension 1 passiert die zusammenwirkenden Mahlflächen radial nach außen und verlässt den sich anschließenden Ringraum durch einen Ablauf.
  • Beide Mahlflächen werden jeweils von mehreren Mahlplatten gebildet, die sich über jeweils ein Umfangsegment der entsprechenden Mahlfläche erstrecken.
  • In Umfangsrichtung nebeneinander gereiht ergeben die Mahlplatten eine durchgehende Mahlfläche.
  • Die Mahlplatten und damit auch die Mahlflächen werden in der Regel von einer Vielzahl von im Wesentlichen radial verlaufenden Mahlleisten 9 und dazwischenliegenden Nuten gebildet.
  • Des Weiteren sind die Behandlungswerkzeuge 3,4 auf entsprechenden Grundplatten 7,8 befestigt. Im Unterschied zu dem hier gezeigten Beispiel kann der Behandlungsspalt 6 nicht nur senkrecht sondern wie bei Kegel-Refinern auch geneigt zur Rotationsachse 5 verlaufen.
  • Die axiale Lage des nicht-rotierenden Behandlungswerkzeuges 3 ist über ein Stellglied 11 beispielsweise in Form eines Spindelhubelementes veränderbar, was sich entsprechend auf die Breite des Behandlungsspaltes 6 und die Druckverhältnisse in diesem auswirkt
  • Erfindungswesentlich ist, dass die vom Stellglied 11 direkt auf die verschiebbare Grundplatte 7 einwirkende Axialkraft F von einer Messeinheit 12, beispielsweise in Form einer zwischen dem Stellglied 11 und der Grundplatte 7 angeordneten Druckmessdose gemessen und die Spaltbreite zwischen den Behandlungswerkzeugen 3,4 zumindest in Abhängigkeit von Antriebsleistung und Axialkraft F geregelt wird.
  • Die Behandlungsintensität des Faserstoffs 1, d.h. hier die Mahlleistung wird im Wesentlichen von der spezifischen Antriebsleistung der Vorrichtung bestimmt.
  • Über die Axialkraft F werden jedoch die technologischen Abläufe im Behandlungsspalt 6 beeinflusst.
  • Daher wird die Breite des Behandlungsspaltes 6 so eingestellt, dass sich eine dem zu behandelnden Faserstoff 1 sowie den gewünschten Parametern des Faserstoffs 1 nach der Behandlung entsprechende optimale Axialkraft F ergibt.
  • Hierzu kann die Maschinensteuerung die Parameter des Faserstoffs oder der daraus hergestellten Faserstoffbahn vorzugsweise online messen und die Axialkraft F solange verändern, bis sich ein Optimum bei den Parametern einstellt.
  • Kommt es nach dieser Optimierung im späteren Verlauf zu einer Änderung des Verhältnisses zwischen Antriebsleistung der Vorrichtung und Axialkraft F, so kann auf eine Parameterveränderung des zugeführten Faserstoffs 1 geschlossen werden. In diesem Fall sollte die Breite des Behandlungsspaltes 6 neu eingestellt werden.
  • Alternativ kann, wie in der Figur ebenfalls dargestellt, auch nur die rotierende Grundplatte 4 axial verschiebbar gestaltet sein. In diesem Fall würde das Stellglied 11 zwecks Veränderung der Breite des Behandlungsspaltes 6 auf die, mit der rotierenden Grundplatte verbundenen Welle 10 einwirken. Auch hier könnte die Messeinheit 12 zwischen Welle 10 und Stellglied 11 angeordnet sein.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Steuerung oder Regelung einer Vorrichtung zur Behandlung von Faserstoff (1) zumindest teilweise auf Grundlage ihrer Antriebsleistung, wobei die Vorrichtung ein Gehäuse (2) besitzt, in welchem wenigstens ein erstes Behandlungswerkzeug (3) und ein zweites Behandlungswerkzeug (4) angeordnet ist, die Behandlungswerkzeuge (3,4) jeweils auf einer Grundplatte (7,8)
    befestigt sind, eine rotationssymmetrische Form haben, koaxial zueinander angeordnet sind, sich relativ zueinander um eine gemeinsame Achse (5) drehen
    und einen vom Faserstoff (1) durchströmten Behandlungsspalt (6) begrenzen, dessen Spaltbreite über eine axiale Verschiebung wenigstens einer Grundplatte (7,8) eines Behandlungswerkzeuges (3,4) veränderbar ist, dadurch
    gekennzeichnet, dass die auf die verschiebbare Grundplatte einwirkende Axialkraft (F) gemessen und die Breite des Behandlungsspaltes (6) zumindest in Abhängigkeit von Antriebsleistung und Axialkraft (F) gesteuert oder geregelt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Behandlungsspaltes (6) so eingestellt wird, dass sich eine dem zu behandelnden Faserstoff (1) entsprechende optimale Axialkraft (F) ergibt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserstoff (1) in der Vorrichtung gemahlen wird, wobei die Breite des Behandlungsspaltes (6) zur verstärkten Längung des Faserstoffs (1) verkleinert oder zur verstärkten Fibrillierung des Faserstoffs (1) vergrößert wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Änderung des Verhältnisses zwischen Antriebsleistung und Axialkraft (F) auf eine Parameterveränderung des Faserstoffs (1) geschlossen wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Behandlungsspaltes (6) bei einer Parameteränderung des Faserstoffs (1) neu eingestellt wird.
  6. Vorrichtung zur Behandlung von Faserstoff (1) mit einem Gehäuse (2), in welchem wenigstens ein erstes Behandlungswerkzeug (3) und ein zweites Behandlungswerkzeug (4) angeordnet ist, die Behandlungswerkzeuge (3,4) jeweils auf einer Grundplatte (7,8) befestigt sind, eine rotationssymmetrische Form haben, koaxial zueinander angeordnet sind, sich relativ zueinander um eine gemeinsame Achse (5) drehen und einen vom Faserstoff (1) durchströmten Behandlungsspalt (6) begrenzen, dessen Spaltbreite mittels eines Stellgliedes (11) über eine axiale Verschiebung wenigstens einer Grundplatte (7,8) eines Behandlungswerkzeuges (3,4) veränderbar ist, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei diese eine Messeinheit (12) zur Erfassung der auf die verschiebbare Grundplatte (7,8) einwirkenden Axialkraft (F) besitzt.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Axialkraft (F) vom Stellglied (11) über eine axial verschiebbare Welle (10) auf die Grundplatte (7,8) übertragen wird und die Messeinheit (12) an dieser Welle (10) und/oder zwischen dem Stellglied (11) und der Welle (10) und/oder im Stellglied (11) angeordnet ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Axialkraft (F) vom Stellglied (11) auf die Grundplatte (7,8) übertragen wird und die Messeinheit (12) im Stellglied (11) und/oder zwischen Stellglied (11) und Grundplatte (7,8) angeordnet ist.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei diese als Refiner zur Mahlung des Faserstoffs (1) ausgebildet ist.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei dass diese als Disperger zur Dispergierung des Faserstoffs (1) ausgebildet ist.
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