WO2009059860A1 - Verfahren und vorrichtung zum erfassen eines risses und/oder eines elastizitätsmoduls einer materialbahn - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum erfassen eines risses und/oder eines elastizitätsmoduls einer materialbahn Download PDF

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WO2009059860A1
WO2009059860A1 PCT/EP2008/063501 EP2008063501W WO2009059860A1 WO 2009059860 A1 WO2009059860 A1 WO 2009059860A1 EP 2008063501 W EP2008063501 W EP 2008063501W WO 2009059860 A1 WO2009059860 A1 WO 2009059860A1
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modulus
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drive
detecting
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Markus Schoisswohl
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Voith Patent Gmbh
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    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
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    • B65H26/02—Warning or safety devices, e.g. automatic fault detectors, stop-motions, for web-advancing mechanisms responsive to presence of irregularities in running webs
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    • B65H2515/30—Forces; Stresses
    • B65H2515/37—Elasticity modulus

Definitions

  • the invention relates to a method for detecting a crack and / or a modulus of elasticity of a material web, in particular fibrous web in a machine for producing the same between two fixed points at which the material web is driven at the first of the fixed points by means of a drive means with a target speed and a Dimension is determined according to the modulus of elasticity of the Materiaibahn and an apparatus for performing such a method.
  • a crack of a material web in particular a paper tear between two fixed in the direction of travel of the material web fixed points or areas in a machine for producing such material webs
  • device arrangements which detect a crack by means of a stand-alone sensor.
  • the material webs are fibrous webs, in particular in the form of paper, board or tissue webs.
  • US 2006 0070713 A1 discloses a transfer system for paper webs in a dryer section, in which, inter alia, an optical detection arrangement is arranged in the region of the paper web in order to detect a paper tear.
  • US 5,289,007 describes a web tear detection device for detecting a crack in a web, the web running between an infrared light emitter and an infrared light receiver and, with the web intact, preventing passage of the infrared light between emitter and detector.
  • EP 0 660 898 A1 describes a device in which a negative pressure is applied to a path guided past, in order to be able to detect a sudden pressure change in the event of a crack.
  • DE 101 57 915 A1 describes a method for web crack monitoring and a machine for carrying out the method, in which a material web is monitored by at least one sensor which detects the web tension and is attached to the measuring device in the event of a web break, so that at least one web break is detected Abzzivorraum can be activated.
  • DE 101 57 914 A1 describes a method for web break monitoring and a machine for carrying out such a method, in which a sensor arranged adjacent to the web detects the web speed of the web in order to be able to detect web breakage.
  • a power consumption of a drive unit for driving a roller can be monitored with respect to its power consumption, in order to be able to activate a tee device, in particular a knock-off blade, during a power consumption changed during normal operation.
  • a tee device in particular a knock-off blade
  • EP 1 066 515 B1 describes a method for determining an irreversible stretch and a dynamic modulus of elasticity of a paper web.
  • a pressure sensor for measuring a transversely measured tension profile of the paper web is tensioned against the paper web between two fixed points, that is to say between two roller assemblies which tension the paper web.
  • a stress profile results here as the product of a basic weight profile, a dynamic modulus of elasticity and a power, in particular the power 1, of the subtraction result of an irreversible elasticity constant subtracted from a relative elasticity value.
  • a disadvantage of such an arrangement that it is constructed very expensive and the paper web through the sensor arrangement for voltage measurement is charged.
  • a variety of different sizes must be specified and calculated and processed accordingly in a control device.
  • the invention is therefore based on the object to propose a method and a device for detecting a paper tear and / or a modulus of elasticity, which allow a lower structural complexity and preferably easier data processing.
  • a method for detecting a crack and / or for determining a modulus of elasticity of a material web or of a size at least indirectly characterizing it, in particular a paper tear, between two fixed points in which the Materiaibahn at the first of the fixed points by means of a drive device with a target speed is driven and in which a measure is determined according to the modulus of elasticity or this at least indirectly characterizing size of the material web, wherein for determining the measure corresponding to the modulus of elasticity or at least indirectly characterizing sizing a torque curve of a! st-torque of the drive device detected and is evaluated.
  • an already for the operation of the machine, in particular their control to be determined size is detected, so that the cost of the inventive method keeps relatively low.
  • this size can be accessed for example via the control of the machine for producing such material webs and thus the individual drive units.
  • an increase in the actual torque of the drive device is used as the decision criterion for detecting a paper tear.
  • an actual torque of a second drive device is preferably used, which is used at the second fixed point for driving the material web. For detecting a crack of the material web, a drop in an actual torque of the second drive direction can be used.
  • a decision of detecting a crack of the material web is preferably made dependent on a target speed of at least one drive device which is not changed or only within a limit value.
  • the detection of a crack of the material web can also be determined as a function of a comparison of the actual torques at different times and outside a tolerance range dependent on a threshold value.
  • an acting moment on the material web and / or a torque at a time prior to a break of the web over a speed ratio may be applied.
  • Parameters detected by the method and / or certain parameters including the modulus of elasticity or a modulus related to the modulus of elasticity are preferably stored in a memory for later processing or use to control the paper machine.
  • a device for detecting a crack and / or for determining a modulus of elasticity or a size of a material web, in particular a paper web, having at least two fixed points, between which the material web extends in a tensioned state, with at least one drive device on the first is preferably preferred Fixed point for driving the material web in the direction of the second fixing Point and with a control device for controlling the drive device and / or for evaluating detected parameters, wherein the control device detects an actual torque of at least the drive device at the first fixed point and designed to determine an increase in the actual torque and / or is programmed for supply the modulus of elasticity of the material web calculated therefrom prior to a demolition of the material half behind the first fixed point and / or for the determination of a measure corresponding to this elastic modulus.
  • the control device is preferably designed to detect an actual torque of a second drive device at the second fixed point and designed or programmed, the actual torque of the second drive device in addition to the torque of the drive device of the first fixed point for determining the modulus of elasticity and / or corresponding thereto Measure to use.
  • the control device can be designed and / or programmed to analyze a desired speed of at least the drive device at the first fixed point for detecting a crack of the material web when the actual torque changes only for the case of the target remaining the same during the change or within a tolerance threshold value -Speed.
  • the device is equipped with a storage device for storing a modulus of elasticity determined at least in the case of a detected crack of the material web and / or a measurement corresponding thereto.
  • FIG. 1 schematically shows an exemplary arrangement of a paper web guided between fixed points and a control device for controlling drives and for evaluating acquired parameters
  • FIG. 2 shows exemplary diagrams for illustrating a
  • Figure 3 shows an example of components of a Schaitungsan extract for detecting a band break, wherein such components can also be implemented in the form of a software algorithm;
  • Figure 4 is a diagram of a demolition torque over a
  • FIG. 5 shows components of a circuit arrangement or method steps of an algorithm for determining a paper elastic modulus.
  • Figure 1 illustrates in a schematic simplified representation of a section of a machine 1 for producing a material web 2, in particular fibrous web, two in the direction of passage of the web 2 successively arranged drive groups 4.1, 4.2, as they can be used for example in a press section.
  • the system is always used where a minimum strip tension prevails, for example in a press section.
  • the drive groups 4.1 and 4.2 are here designed as press devices 12, 13, comprising in each case two rollers forming a press nip, between which the material web 2 is guided, guided over at least one felt belt 14.
  • the material track 2 is guided between two fixed points 3.1, 3.2, wherein a fixed point is to be understood as a path point in which the material web is clamped, in particular guided without slippage. Between two such fixed points 3, 1, 3.2, deflections of the material web 2 by means of rollers, guide rollers or the material web processing components can take place instead of a linear guidance of the material web 2. As part of a special preferred embodiment is even conceivable to implement a corresponding arrangement with only a single fixed point at which takes place a parameter monitoring.
  • the drive groups 4.1, 4.2 comprise here at least one drive roller, on which the material web 2 with a felt belt 19 by a rotation of the rollers of the drive groups 4.1, 4.2 in the machine direction, i. Passage direction L of the web 2 is advanced.
  • rollers of the drive groups 4.1 and 4.2 of the fixed points 3.1 and 3.2 serve drive means
  • the control device 7 may be formed for example by a circuit arrangement which consists of a plurality of individual components, but the control device 7 may also consist of a processor with correspondingly suitable external interfaces and a control algorithm for controlling be designed of the process.
  • Steuererst signals, in particular control variables for the drive means 5.1, 5.2 output from the control device 7 to the drive means 5.1, 5.2 for realizing a desired target speed v_ref (i), vj-ef (i + 1) with i 1 to n drive.
  • the index i always refers to the specification of the corresponding drive group 4, i.
  • the setpoint speed v_ref ⁇ i) or v_ref (R1) corresponds to the speed with which the material web 2 is to be guided on the drive groups 4.1, 4.2 arranged one behind the other.
  • appropriate manipulated variables Yv_ref (i) and Yv_ref (i + 1) are to be formed, which are then used to control the actuating devices of the rollers of the drive groups 4.1,
  • Control signals possible ie in addition to line-bound signals or currents and wireless systems, for example by radio or infrared cut - -
  • control device 7 can also supply further control variables to the drive devices
  • 5.1 or 5.2 are transmitted, such as a manipulated variable Y for setting a desired torque Ms (ä) relationship or manner
  • control device 7 receives parameters from the drive devices 5.1, 5.2.
  • parameters for the method for detecting a paper tear, an actual value, in particular an actual speed v (i), v (i + 1) and an actual torque M (i), M (i + 1) from the drive devices 5.1 and
  • the control device 7 is configured and / or programmed to detect a paper tear by comparing the received actual parameters with the desired parameters, and also at least one, a modulus of elasticity E at least indirectly, i. directly or via further parameters. Via a corresponding line 9, specific parameters can be stored together with desired parameters and actual parameters as well as further parameters in a memory device 10 in order to be able to access values stored in such a way for analysis and control purposes at a later time.
  • the storage device 9 can also be integrated in the control device 7.
  • such a machine 1 is also equipped with a stripping device 6, which has a stripping knife 6.1 and is arranged in front of the first of the fixed points 3.1.
  • the control device 7 can control the knock-off device 6 via a corresponding line 6.2, by means of the cut-off blade 6.1 to separate the material web 2. In this way, a material web jam can be avoided and in the area of the press section of the machine 1 If necessary, the pickup roller can be lifted.
  • the control device 7 is configured correspondingly for detecting a paper tear between, for example, two different pressing devices 12, 13, which are formed by the fixed points 3.1, 3.2, and in the case of such a paper tear for determining the elastic modulus of the paper of the material web 2, actual torques M (FIG. i), M (t + 1) of at least one of the drive devices 5.1, 5.2 and actual speeds v (i), v ⁇ i + 1) of the material web 2 between the rollers 4.1 driven by the drive devices 5.1, 5.2 4.2 evaluate.
  • a drive speed or rotational speed of the drive devices 5.1, 5.2 itself can be set, which is especially true! a transmission transmission between the drive means 5.1, 5.2 and the correspondingly driven rollers 4.1, 4.2 may be appropriate.
  • FIG. 2 shows, in the upper part of the diagram, the time profile of the states on the first pressing device 12 and the conditions lying on the pressing device 13 in the lower part.
  • a time characteristic of a torque in particular the actual torque M (FIG. i) the material web 2 on the drive group 4.1 at the first fixed point 3.1 outlined.
  • the diagram below is according to the Geschwindägkeitsverlauf the actual speed v (i) of the material web 2 applied in the first fixed point 3.1.
  • a moment, in particular an actual torque M (i + 1) of the material web 2 on the drive group 4.2 at the second fixed point 3.2 is sketched over a time course.
  • the is-speed v (i + 1) of the material web 2 in the region of the second fixed point 3.2 is illustrated accordingly. Recognizable in a first lateral section up to the time tx with a continuous and undisturbed operation that the parameter values, that is, the! St torques M (i), M (i + 1) and the actual speeds v (i), v (i + 1) remain at an approximately continuously constant value. It is shown by way of example that during a course over the time t at a time tx last regular parameters can be detected, while immediately following If a paper tear occurs, so that at a subsequent time tx + 1 already a fault condition of the paper machine 1 has occurred.
  • the discrete points in time for the detection of the parameters are selected such that, in particular, the actual speed v (i) of the material web 2 ensures a sufficiently fast and sufficiently accurate detection of a fault state.
  • the corresponding sampling interval! is easy to detect by simple experimental investigations.
  • M (i) M_ required (i) + M_Paper train (i-1, i) - M_Paper train (i, i + 1)
  • i 1, M_ required (i) as the required torque at the i-th drive group and M_Paper pull the acting torque of the paper train between two consecutive drive groups, here the upstream working group and the ith working group.
  • the drive torques and the speeds of adjacent dryer groups are constantly monitored by means of an algorithm-aid / annihilation-recovery-control device 7. If, at the same time, there is a variation of the actual parameters, as described above, then the algorithm or the control device 7 detects a ligament tear of the material web 2. Threshold values or certain limitations are taken into account which must be exceeded in order to be triggered Noise and system-related signal fluctuations.
  • a comparison with the corresponding desired parameters, in particular the desired speeds v_ref (1), v_ref (i + 1) is carried out in order to rule out that the detected changes in the actual parameters are due to a variation of the paper tension between the adjacent drive groups have arisen.
  • FIG. 3 illustrates by way of example the basic principle of the method according to the invention on the basis of a block diagram, wherein the illustration of a specific circuit arrangement for detecting band breaks has been dispensed with.
  • These method steps can be implemented in the control device 7 via corresponding circuits or optionally also software-technologically by means of a corresponding control algorithm for controlling a suitably designed processor.
  • detection devices 16.1 to 16.4 are provided by means of which at least one of an actual torques M (i), M (i + 1) and additionally the actual speeds v (i), v ⁇ i + 1) are determined.
  • a comparison device 15 comprising four comparison modules 11.1-11.4, one of the fst torques M (i), M ⁇ i + 1) is analyzed for a first discrete time t and at a subsequent discrete time t + 1 or the corresponding desired values Speeds v_ref (i) or v_ref ⁇ i + 1) entered.
  • the values of the values entered later are set, for example, to parts of the values entered first, and in each case a new later value is entered into the arrangement, so that a continuous monitoring is carried out on the basis of two values between two points in time.
  • the detection of the values or parameters is preferably carried out continuously or in predefined time intervals, for example in a common cycle with a clock phase in the size of 0.05 to 3 seconds. Thus, there is only one time delay that is used (FiFo Buffer).
  • a torque limit MJJm is entered, which is a threshold value serves. For example, a threshold with a deviation of 3% compared to a continuously detected value of the actual torque M (i) should be allowed.
  • the comparison modules 11.1, 11.2 for comparing the torques each receive both the values of the actual torque M (i) of the first drive device 5.1 and of the actual torque M (i + 1) of the second drive device 5.2.
  • corresponding comparison values are output in the form of comparison or difference values M_Diff (i), M_Diff (i + 1), v_Diff (i) and v_Diff (i + 1).
  • the difference values M_Diff (i), M_Diff (i + 1) and v_Diff ⁇ i), v_Diff (i + 1) of the comparison device 15 are supplied to an evaluation device 17, in which the values of an evaluation are subjected in the sub-evaluation devices 18.1 to 18.3
  • Output signal A is output » which indicates a band break bd or not.
  • a signal or a value A is output on the basis of the applied values in the event of a deviation of the torques within a time period while the soliotravel is unchanged, which signal indicates a torque change and thus a possible belt break bd.
  • FIG. 4 shows a principle for determining a demolition torque over a speed ratio v_rei (i). Outlined for two different materials exemplary material webs are two corresponding Bandabriss- torque values.
  • the function of the E-module detection is based on the duration of the speed stabilization after a paper tear in the range of typically Depending on the speeds and material of the Materiaibahn 2, however, it can also be considered significantly different time ranges. During the duration of the speed stabilization, it can be assumed that the ambient conditions, for example the effects of applied scrapers or of friction, do not change significantly.
  • the demolition is at a tee position and in previous groups, the paper or the Materiaibahn 2 is not knocked off in demolition groups in upstream groups, so the paper train or train, which acts on the Materiaibahn 2 until the demolition group, that is, with the Actual torque M (i) voriiegend example, up to the first fixed point 3.1 obtained.
  • the tensile torque applied before the demolition can be determined by the variation in the applied moment.
  • M (i) M_required (i) + M_Papierzug (i-1, i) - M_Papierzug (i, i + 1).
  • M (i) M_ required (i) + M_paper train (i-1, i).
  • FIG. 5 shows, by way of example, a method for determining the modulus of elasticity of the material web 2 or a variable which at least indirectly describes it or a dimension corresponding to such a modulus of elasticity.
  • values outputted from components or from components can be used, which are already described with reference to FIG. So it is back to the target speed v_ref (i), which the thirdinformationmodu! 11.3 is used, resorted to.
  • the thirdinformationmodui 11.3 is a time difference value t_d ⁇ ff of Betspie! 30 s created.
  • a corresponding comparison relation or difference value v_Diff (i), which is output by the third comparison module 11.3, is correspondingly returned to an evaluation device 18.2.
  • Further input variables are a path test value t_F! FO * which is dependent on the clock rate t_FIFO and a trigger value t_trig.
  • the time difference value t diff is also applied to the first comparison module 11.1 as a control or clock quantity or applied to a further comparison module corresponding to its function, which receives the first torque at the first time M (i) as a comparison variable.
  • the torque difference which is output as the comparison or difference value M_Diff (i) from the comparison module 11.1, is supplied directly to the memory device 10 for analysis and / or later use.
  • Additional parameters and data are additionally stored in the memory device 10, such as preferably the output value of the control device 7, which corresponds to the modulus of elasticity E or a value corresponding to the modulus of elasticity at cracking times or also to continuously recorded times equivalent. Reference parameters such as the speed ratio v rel (i) assigned in each case are also preferably stored.
  • the modulus of elasticity represents an advantageously usable setting variable for a safe mode of operation of the dryer section of a machine 1. This makes it possible, in particular, for the set speed difference to be correlated directly with the corresponding traction torque.
  • Advantageous application areas are in particular press sections and dryer groups of a paper machine as well as subordinate aggregates, such as coating units, calenders.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen eines Risses und/oder zum Bestimmen eines Elastizitätsmoduls (E) einer Materialbahn (2), insbesondere Faserstoffbahn in einer Maschine zur Herstellung derselben zwischen zwei Fixpunkten (3.1, 3.2), bei welchem die Materialbahn (2) am ersten der Fixpunkte (3.1 ) mittels einer Antriebseinrichtung (5.1 ) mit einer Soll-Geschwindigkeit (v_ref(i)) angetrieben wird und ein Maß entsprechend dem Elastizitätsmodul (E) der Materialbahn (2) bestimmt wird. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zum Bestimmen des Maßes entsprechend dem Elastizitätsmodul (E) ein Drehmomentverlauf eines Ist-Drehmoments (M(i)) der Antriebseinrichtung (5.1) erfasst und ausgewertet wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Erfassen eines Risses und/oder eines Elastizitätsmoduls einer Materialbahn
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erfassen eines Risses und/oder eines Elastizitätsmoduls einer Materialbahn, insbesondere Faserstoffbahn in einer Maschine zur Herstellung derselben zwischen zwei Fixpunkten bei welchem die Materialbahn am ersten der Fixpunkte mittels einer Antriebseinrichtung mit einer Soll-Geschwindigkeit angetrieben wird und ein Maß entsprechend dem Elastizi- tätsmodul der Materiaibahn bestimmt wird und eine Vorrichtung zum Durchführen eines solchen Verfahrens.
Üblicherweise werden zum Erfassen eines Risses einer Materialbahn, insbesondere eines Papierrisses zwischen zwei in Durchlaufrichtung der Materialbahn vordefinierten Fixpunkten beziehungsweise Bereichen in einer Maschine zur Herstellung derartiger Materialbahnen Vorrichtungsanordnungen eingesetzt, welche mittels eines eigenständigen Sensors einen Riss erfassen. Bei den Materialbahnen handelt es sich um Faserstoffbahnen, insbesondere in Form von Papier- , Karton- oder Tissuebahnen.
US 2006 0070713 A1 offenbart ein Übertragungssystem für Papierbahnen in einer Trockenpartie, bei weichem unter anderem eine optische Erfassungsanordnung im Bereich der Papierbahn angeordnet ist, um einen Papierriss zu erfassen.
US 5,289,007 beschreibt eine Bahnriss-Erfassungsvorrichtung zum Erfassen eines Risses in einer Bahn, wobei die Bahn zwischen einem infrarotlicht-Emitter und einem Infrarotlicht-Empfänger entlang läuft und bei intakter Bahn einen Durchtritt des Infrarotlichtes zwischen Emitter und Detektor verhindert. EP 0 660 898 A1 beschreibt eine Vorrichtung, bei welcher ein Unterdruck an einer vorbeigeführten Bahn anliegt, um im Fall eines Risses eine plötzliche Druckänderung erfassen zu können. DE 101 57 915 A1 beschreibt ein Verfahren zur Bahn- rissüberwachung und eine Maschine zur Durchführung des Verfahrens, bei denen eine Materiatbahn mitteis mindestens eines den Bahnzug erfassenden und an der Messeinrichtung angebrachten Sensors auf einen Bahnriss hin überwacht wird, so dass bei erkanntem Bahnabriss mindestens eine Abschlagvorrichtung aktiviert werden kann.
DE 101 57 914 A1 beschreibt ein Verfahren zur Bahnabrissüberwachung und eine Maschine zur Durchführung eines solchen Verfahrens, bei denen ein zur Bahn benachbart angeordneter Sensor die Bahngeschwindigkeit der Bahn erfasst, um einen Bahnabriss ermittein zu können. Als weiterer Aspekt ist angegeben, dass eine Leistungsaufnahme einer Antriebseinheit zum Antreiben einer Walze hinsichtlich deren Leistungsaufnahme überwacht werden kann, um bei einer während des Normaibetriebs veränderten Leistungsaufnahme eine Abschlagvorrichtung, insbesondere ein Abschlagmesser, aktivieren zu können. Vorteilhaft dabei ist angegeben, dass im Wesentlichen auf vorhandene Komponenten einer entspre- chenden Papiermaschine zugegriffen werden kann,
EP 1 066 515 B1 beschreibt ein Verfahren zum Bestimmen einer irreversiblen Dehnung und eines dynamischen Elastizitätsmoduls einer Papierbahn. In der Produktionslinie wird dazu zwischen zwei Fixpunkten, das heißt zwischen zwei die Papierbahn spannenden Walzenanordnungen, ein Drucksensor zum Messen eines in Querrichtung gemessenen Spannungsprofils der Papierbahn gegen die Papierbahn gespannt. Ein Spannungsprofil ergibt sich dabei als Produkt aus einem Basis-Gewichtsprofil, einem dynamischen Elastizitätsmodul und einer Potenz, insbesondere der Potenz 1 , von dem Subtraktionsergebnis einer von einem relativen Elastizitätswert abgezogenen irreversiblen Elastizitätskonstante. Nachteilhaft ist bei einer solchen Anordnung, dass diese sehr aufwendig konstruiert ist und die Papierbahn durch die Sensoranordnung zur Spannungsmessung beaufschlagt wird. Außerdem muss eine Vielzahl verschiedenartiger Größen vorgegeben und in einer Steuereinrichtung entsprechend berechnet und verarbeitet werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erfassen eines Papierrisses und/oder eines Elastizitätsmoduls vorzuschlagen, welche einen geringeren baulichen Aufwand und eine vorzugsweise einfachere Datenverarbeitung ermöglichen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Erfassen eines Papierrisses und/oder eines Elastizitätsmoduls mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 beziehungsweise durch eine Vorrichtung zum Erfassen eines Papierrisses und/oder eines Elastizitätsmoduls mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 9. Vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Bevorzugt wird demgemäß ein Verfahren zum Erfassen eines Risses und/oder zum Bestimmen eines Elastizitätsmoduls einer Materialbahn beziehungsweise einer diesen wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe, insbesondere eines Papierrisses, zwischen zwei Fixpunkten, bei dem die Materiaibahn am ersten der Fixpunkte mittels einer Antriebseinrichtung mit einer Soll-Geschwindigkeit angetrieben wird und bei dem ein Maß entsprechend dem Elastizitätsmodul beziehungsweise eine diesen wenigstens mittelbar charakterisierende Größe der Materialbahn bestimmt wird, wobei zum Bestimmen des Maßes entsprechend dem Elastizitätsmodul beziehungsweise einer diesen wenigstens mittelbar charakteri- sierenden Größe ein Drehmomentverlauf eines !st-Drehmoments der Antriebseinrichtung erfasst und ausgewertet wird. Dabei wird eine ohnehin für den Betrieb der Maschine, insbesondere deren Steuerung zu ermittelnde Größe erfasst, so dass sich der Aufwand für das erfindungsgemäße Verfahren relativ gering hält. Insbesondere kann auf diese Größe beispielsweise über die Steuerung der Maschine zur Herstellung derartiger Materialbahnen und damit der einzelnen Antriebsaggregate zugegriffen werden. Zum Erfassen eines Papierrisses wird dabei z.B. ein Ansteigen des Ist-Drehmoments der Antriebseinrichtung als Entscheidungskriterium verwendet. Zum Bestimmen des Maßes entsprechend dem Elastizitätsmodui beziehungsweise einer diesen wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe wird bevorzugt ein Ist-Drehmoment einer zweiten Antriebseinrichtung verwendet, weiche am zweiten Fixpunkt zum Antreiben der Materialbahn verwendet wird. Zum Erfassen eines Risses der Materialbahn kann ein Abfallen eines Ist-Drehmoments der zweiten Antriebseänrichtung verwendet werden.
Eine Entscheidung eines Erfassens eines Risses der Materialbahn wird bevorzugt abhängig gemacht von einer nicht oder nur innerhalb eines Grenzwertes veränderten Soll-Geschwindigkeit zumindest einer Antriebseinrichtung. Das Erfassen eines Risses der Materialbahn kann auch abhängig von einem Vergleich der Ist- Drehmomente zu verschiedenen Zeitpunkten und außerhalb eines von einem Schwellwert abhängigen Toleranzbereiches bestimmt werden.
Zum Bestimmen des Elastizitätsmoduls oder eines Maßes entsprechend des Elastizitätsmoduls kann ein wirkendes Moment an der Materialbahn und/oder ein !st-Drehmoment zu einem Zeitpunkt vor einem Abriss der Materialbahn über einem Geschwindigkeitsverhältnis aufgetragen werden.
Durch das Verfahren erfasste und/oder bestimmte Parameter einschließlich des Elastizitätsmoduls oder eines auf das Elastizitätsmodul bezogenen Maßes werden bevorzugt zur späteren Verarbeitung oder Verwendung zur Steuerung der Papiermaschine in einem Speicher gespeichert.
Bevorzugt wird außerdem eine Vorrichtung zum Erfassen eines Risses und/oder zum Bestimmen eines Elastizitätsmoduls beziehungsweise einer diesen wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe einer Materialbahn, insbesondere einer Papierbahn, mit zumindest zwei Fixpunkten, zwischen weichen die Materialbahn in gespanntem Zustand verläuft, mit zumindest einer Antriebseinrichtung am ersten Fixpunkt zum Antreiben der Materialbahn in Richtung des zweiten Fix- Punktes und mit einer Steuereinrichtung zum Steuern der Antriebseinrichtung und/oder zum Auswerten erfasster Parameter, wobei die Steuereinrichtung ein Ist- Drehmoment zumindest der Antriebseinrichtung beim ersten Fixpunkt erfasst und zum Ermitteln eines Anstiegs des ist-Drehmoments ausgelegt und/oder program- rniert ist zum Bereitstellen des daraus berechneten Elastizitätsmoduls der Materialbahn vor einem Abriss der Matehalbahn hinter dem ersten Fixpunkt und/oder zum Bestimmen eines Maßes entsprechend diesem Elastizitätsmodul.
Die Steuereinrichtung ist bevorzugt zum Erfassen eines Ist-Drehmoments einer zweiten Antriebseinrichtung beim zweiten Fixpunkt ausgelegt und ausgebildet oder programmiert, das Ist-Drehmoment der zweiten Antriebseinrichtung zusätzlich zu dem ist- Drehmoment der Antriebseinrichtung des ersten Fixpunktes zum Bestimmen des Elastizitätsmoduls und/oder des diesem entsprechenden Maßes zu verwenden.
Die Steuereinrichtung kann ausgelegt und/oder programmiert sein zum Analysieren einer Soll-Geschwindigkeit zumindest der Antriebseinrichtung am ersten Fixpunkt zum Erfassen eines Risses der Materialbahn bei Änderung des Ist-Drehmoments nur für den FaIi der während der Änderung gleich oder innerhalb eines Toleranz-Schwellwertes gebliebenen Soll-Geschwindigkeit.
Vorzugsweise äst die Vorrichtung mit einer Speichereinrichtung zum Speichern eines zumindest für den Fall eines erfassten Risses der Materialbahn bestimmten Elastizitätsmoduls und/oder eines diesem entsprechenden Maßes ausgestattet.
Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 schematisch eine beispielhafte Anordnung einer zwischen Fixpunk- ten geführten Papierbahn und einer Steuereinrichtung zum Steuern von Antrieben und zum Auswerten von erfassten Parametern; Figur 2 beispielhafte Diagramme zur Veranschaulichung eines
Antriebsverhaltens während eines Papierrisses anhand Geschwindigkeit und Momentdaten, welche im Bereich eines Walzenantriebes wirken; Figur 3 beispielhaft Komponenten einer Schaitungsanordnung zur Erfassung eines Bandrisses, wobei derartige Komponenten auch in Form eines Software-Algorithmus umsetzbar sind;
Figur 4 ein Diagramm eines Abrissmoments über einem
Geschwindigkeitsverhältnis für zwei verschiedene Bahnmateriaiien; und
Figur 5 Komponenten einer Schaltungsanordnung beziehungsweise Verfahrensschritte eines Algorithmus zur Bestimmung eines Papier-Elastizitätsmoduls.
Figur 1 verdeutlicht in schematisiert vereinfachter Darstellung anhand eines Ausschnittes aus einer Maschine 1 zur Herstellung einer Materialbahn 2, insbesondere Faserstoffbahn, zwei in Durchlaufrichtung der Materialbahn 2 hintereinander angeordnete Antriebsgruppen 4.1 , 4.2, wie diese beispielsweise in einer Pressenpartie verwendet werden können. Bevorzugt wird das System immer da einge- setzt, wo ein Mindestbandzug vorherrscht, beispielsweise in einer Pressenpartie. Die Antriebsgruppen 4.1 und 4.2 sind hier als Presseinrichtungen 12, 13 ausgebildet, umfassend jeweils zwei, einen Presspalt bildende Walzen, zwischen denen die Materialbahn 2 gestützt über zumindest ein Filzband 14 hindurchgeführt wird. Denkbar ist jedoch auch der Einsatz in anderen Bereichen, beispielsweise einer Trockengruppe.
Die Materiaibahn 2 ist dabei zwischen zwei Fixpunkten 3.1 , 3.2 geführt, wobei unter einem Fixpunkt ein Bahnpunkt zu verstehen ist, in welchem die Materialbahn eingespannt, insbesondere schlupffrei geführt ist. Zwischen zwei solchen Fix- punkten 3,1 , 3.2 können dabei anstelle einer geradlinigen Führung der Materialbahn 2 auch Umlenkungen der Materialbahn 2 durch Walzen, Leitrollen oder die Materialbahn bearbeitende Komponenten erfolgen. Im Rahmen einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist sogar denkbar, eine entsprechende Anordnung mit nur einem einzigen Fixpunkt umzusetzen, an welchem eine Parameterüberwachung stattfindet.
Die Antriebsgruppen 4.1 , 4.2 umfassen hier zumindest jeweils eine Antriebswalze, an welcher die Materialbahn 2 mit einem Filzband 19 durch eine Rotation der Walzen der Antriebsgruppen 4.1 , 4.2 in Maschinenrichtung, d.h. Durchlaufrichtung L der Materialbahn 2 vorgeschoben wird.
Zum Antreiben jeweils einer der Walzen der Antriebsgruppen 4.1 beziehungsweise 4.2 der Fixpunkte 3.1 beziehungsweise 3.2 dienen Antriebseinrichtungen
5.1 beziehungsweise 5.2.
Zur Steuerung der Antriebseinrichtungen 5.1 , 5.2 dient eine Steuereinrichtung 7. Die Steuereinrichtung 7 kann beispielsweise durch eine Schaltungsanordnung ausgebildet sein, welche aus einer Vielzahl einzelner Komponenten besteht, die Steuereinrichtung 7 kann aber auch aus einem Prozessor mit entsprechend geeigneten externen Schnittstellen sowie einem Steueralgorithmus zur Steuerung des Prozesses ausgestaltet sein. Von der Steuereinrichtung 7 werden Steuerst gnale, insbesondere Stellgrößen für die Antriebseinrichtungen 5.1 , 5.2 ausgegeben, um die Antriebseinrichtungen 5.1 , 5.2 zur Realisierung einer gewünschten Soll-Geschwindigkeit v_ref(i), vj-ef(i+1 ) mit i=1 bis n anzutreiben. Der Index i bezieht sich dabei immer auf die Angabe der entsprechenden Antriebsgruppe 4,i. Die Soll-Geschwindigkeit v_ref{i) beziehungsweise v_ref(R1 ) entspricht dabei der Geschwindigkeit, mit weicher die Materialbahn 2 an den hintereinander angeordneten Antriebsgruppen 4.1 , 4.2 geführt werden soll. Um diese zu erzielen sind entsprechende Stellgrößen Yv_ref (i) beziehungsweise Yv_ref(i+1 ) zu bilden, die dann zur Ansteuerung der Stelleinrichtungen der Walzen der Antriebsgruppen 4.1 ,
4.2 verwendet werden. Zur Übertragung dienen beispielsweise fest verkabelte Leitungen 8.1 , 8.2. Jedoch sind auch andere Mechanismen zur Übertragung von
Steuersignalen möglich, das heißt neben leitungsgebundenen Signalen oder Strömen auch drahtlose Systeme, beispielsweise per Funk- oder Infrarotschnitt- - -
stellen übertragene Signale. Neben der Vorgabe und der Übertragung der Stellgrößen zur Erzielung einer Soll-Geschwindigkeit v_ref(i), v_ref(i+1 ) können von der Steuereinrichtung 7 auch weitere Steuergrößen an die Antriebseinrichtungen
5.1 beziehungsweise 5.2 übertragen werden, wie beispielsweise eine Stellgröße Y zur Einstellung eines Soll-Drehmoment Ms(ä) beziehungsweisebeziehungsweise
Ms(I-M }, wobei in diesem beispielhaften Fall die Antriebseinrichtungen 5.1 beziehungsweise 5.2 entsprechende Steuereinrichtungen zur Einregelung der entsprechenden Soli-Drehmomente tvls(i) beziehungsweise Ms(i+1 ) aufweisen.
Außerdem werden seitens der Steuereinrichtung 7 von den Antriebseinrichtungen 5.1 , 5.2 Parameter empfangen. Für das Verfahren zum Erfassen eines Papierrisses werden ein Istwert, insbesondere eine Ist-Geschwindigkeit v(i), v(i+1 ) und ein Ist-Drehmoment M(i), M(i+1 ) von den Antriebseinrichtungen 5.1 beziehungsweise
5.2 empfangen. Die Steuereinrichtung 7 ist ausgestaltet und/oder programmiert, durch einen Vergleich der empfangenen Ist-Parameter mit den Soll-Parametern einen Papierriss zu detektieren und außerdem zumindest eine, einen Elastizitätsmodul E wenigstens mittelbar, d.h. direkt oder über weitere Parameter zu bestimmen. Über eine entsprechende Leitung 9 können derart bestimmte Parameter zusammen mit Soll-Parametern und Ist-Parametern sowie weiteren Parametern in einer Speichereinrichtung 10 abgespeichert werden, um für Analyse- und Steuerzwecke zu einem späteren Zeitpunkt auf derart gespeicherte Werte zugreifen zu können. Die Speichereinrichtung 9 kann auch in der Steuereinrichtung 7 integriert sein.
Optional ist eine solche Maschine 1 außerdem mit einer Abschlagvorrichtung 6 ausgestattet, welche ein Abschlagmesser 6.1 aufweist und vor dem ersten der Fixpunkte 3.1 angeordnet ist. Bei Erfassen eines Papierrisses hinter dem ersten der Fixpunkte 3.1 kann die Steuereinrichtung 7 über eine entsprechende Leitung 6.2 die Abschlagvorrichtung 6 ansteuern, mittels des Abschlagmessers 6.1 die (vlaterialbahn 2 zu trennen. Dadurch kann ein Materialbahnstau vermieden werden. Und im Bereich der Pressenpartie der Maschine 1 kann gegebenenfalls die Pickup-Walze abgehoben werden. Die Steuereinrichtung 7 ist entsprechend zum Delektieren eines Papierrisses zwischen beispielsweise zwei verschiedenen Presseinrichtungen 12, 13, welche durch die Fixpunkte 3.1 , 3.2 ausgebildet werden, und im Falle eines solchen Papierrisses zum Bestimmen des Elastizitätsmoduls des Papiers der Materialbahn 2 ausgestaltet, Ist-Drehmomente M(i), M(t+1 ) zumindest einer der Antriebsein- richtungen 5.1 , 5.2 sowie Ist-Geschwindigkeiten v(i), v{i+1 ) der Materialbahn 2 zwischen den durch die Antriebseinrichtungen 5.1 , 5,2 angetriebenen Walzen 4.1 , 4.2 auszuwerten. Dabei kann äquivalent zur Antriebsgeschwindigkeit der Material- bahn 2 als der Ist-Geschwindigkeit v(i), v(i+1 ) auch eine Antriebsgeschwindigkeit oder Rotationsgeschwindigkeit der Antriebseinrichtungen 5.1 , 5.2 selber angesetzt werden, was insbesondere im FaI! einer Getriebeübertragung zwischen der Antriebseinrichtung 5.1 , 5.2 und den entsprechend angetriebenen Walzen 4.1 , 4.2 zweckmäßig sein kann.
Figur 2 zeigt im oberen Teil des Diagrammes den zeitlichen Verlauf der Zustände an der ersten Presseinrichtung 12 und im darunter liegenden Teil die Verhältnisse an der Presseinrichtung 13. Im oberen Teil sind über die Zeit t ein zeitlicher Verlauf eines Momentes, insbesondere Ist-Drehmomentes M(i) der Materialbahn 2 an der Antriebsgruppe 4.1 am ersten Fixpunkt 3.1 skizziert. Im darunterliegenden Diagramm ist entsprechend der Geschwindägkeitsverlauf der Ist-Geschwindigkeit v(i) der Materialbahn 2 im ersten Fixpunkt 3.1 aufgetragen. Im darunter liegenden zweiten Diagramm ist über einen zeitlichen Verlauf ein Moment, insbesondere ein Ist-Drehmoment M(i+1 ) der Materialbahn 2 an der Antriebsgruppe 4.2 am zweiten Fixpunkt 3.2 skizziert. Im darunterliegenden Diagramm ist entsprechend die ist- Geschwindigkeit v(i+1 ) der Materialbahn 2 im Bereich des zweiten Fixpunktes 3.2 veranschaulicht. Erkennbar ist in einem ersten seitlichen Abschnitt bis zum Zeitpunkt tx mit einem kontinuierlichen und ungestörten Betrieb, dass die Parameterwerte, das heißt die !st-Drehmomente M(i), M(i+1 ) und die Ist-Geschwindigkeiten v(i), v(i+1 ) auf einem jeweils etwa kontinuierlich konstanten Wert verbleiben. Dargestellt ist beispielhaft, dass bei einem Verlauf über die Zeit t zu einem Zeitpunkt tx letzte reguläre Parameter erfassbar sind, während unmittelbar nachfol- gend ein Papierriss stattfindet, so dass zu einem nachfolgenden Zeitpunkt tx+1 bereits ein Störungszustand der Papiermaschine 1 aufgetreten ist. Dabei werden die diskreten Zeitpunkte für das Erfassen der Parameter so gewählt, dass abhängig insbesondere von der Ist-Geschwindigkeit v(i) der Materialbahn 2 eine ausreichend schnelle und ausreichend genaue Erfassung eines Störungszustands sichergestellt wird. Das entsprechende Abtastinterval! ist durch einfache experimentelle Untersuchungen einfach feststellbar.
im Bereich der dem Papierriss vorgelagerten Gruppe, das heißt beim ersten Fix- punkt 3.1 , ist ein Geschwindigkeitseinbruch der Ist-Geschwindigkeit v(i) und eine Momentenerhöhung des Ist-Drehmoments M(i) erfassbar. Dies ist dadurch bedingt, dass aufgrund des aufgebrachten Papierzuges beziehungsweise Zuges der Materialbahπ 2 es während der Produktion zum Ziehen der vorgelagerten Presseinrichtung 12 durch die nachgelagerte Presseinrichtung 13 oder beispieis- weise ein nachgelagertes Aggregat kommt. Sobald das Papier reißt, ist diese Verbindung nicht mehr gegeben. Daher sinkt beim Riss sofort die Geschwindigkeit am ersten Fixpunkt 3.1 und die Antriebseinrichtung 5.1 am ersten Fixpunkt 3.1 muss das Moment erhöhen, um die Ist-Geschwindigkeit v(i) wieder auf den Sollwert, das heißt die Soll-Geschwindigkeit v_ref(i) zu bringen. Entsprechend ergibt sich für die nachgelagerte Gruppe, das heißt die Antriebseinrichtung 5.2 beim zweiten Fixpunkt 3.2, welche zieht, beim Papierriss eine Beschleunigung aufgrund des überschüssigen Momentes. Daher muss die zweite Antriebseinrichtung 5.2 beim zweiten Fixpunkt 3.2 das Moment zurücknehmen, um die dortige Soll- Geschwindigkeit v_ref(i+1 ) wieder einzustellen. Entsprechend nimmt nach dem Papierriss beim zweiten Fixpunkt 3.2 abrupt die Ist-Geschwindigkeit v(i+1) zu, während das Ist-Drehmoment M(i+1 ) abrupt abnimmt.
Mathematisch gilt dabei vor dem Abriss:
M(i) = M_erforderlich(i) + M_Papierzug(i-1 , i) - M_Papierzug(i, i+1 )
mit s als Index für die Antriebsgruppe, hier i=1 , M_erforderlich(i) als dem erforderlichen Drehmoment an der i-ten Antriebsgruppe und M_Papierzug dem wirkenden Drehmoment des Papierzuges zwischen zwei aufeinanderfolgenden Antriebsgruppen.
Nach dem Abriss gilt: M(t) = M_erforderlich(i) +M_Papierzug(i-1 , i),
mit i als Index für die Antriebsgruppe, hier i=1 , M_erforderlich(i) als dem erforderlichen Drehmoment an der i-ten Antriebsgruppe und M_Papierzug dem wirkenden Drehmoment des Papierzuges zwischen zwei aufeinanderfolgenden Antriebs- gruppen, hier der vorgelagerten Arbeitsgruppe und der i-ten Arbeitsgruppe.
Aus der Dϊffernz der Momente vor dem Abriss und nach dem Abriss erhält man das Zugmoment,
Während des Laufes der Papiermaschine werden somit permanent die Antriebsmomente sowie die Geschwindigkeiten von benachbarten Trockengruppen mittels eines Algorithmus-ufid/edei^e+Rer-- Sebaltungsafiördnung^n-foroi-der Steuereinrichtung 7 beobachtet. Kommt es gleichzeitig zu einer Variation der Ist-Parameter, wie dies vorstehend beschrieben ist, so detektiert der Algorithmus beziehungs- weise die Steuereinrichtung 7 einen Bandriss der Materialbahn 2. Dabei werden Schwellenwerte beziehungsweise gewisse Limitierungen berücksichtigt, welche überschritten werden müssen, um ein Auslösen durch Rauschen und systembedingte Signaischwankungen zu verhindern. Außerdem wird ein Abgleich mit den entsprechenden Soll-Parametern, insbesondere den Soll-Geschwindigkeiten v_ref(1), v_ref(i+1 ) durchgeführt, um auszuschließen, dass die erfassten Änderungen der Ist-Parameter gewollt aufgrund einer Variation des Papierzuges zwischen den benachbarten Antriebsgruppen entstanden sind.
Während prinzipiell eine Umsetzung an einer einzelnen Gruppe, das heißt an einem einzelnen Fixpunkt 3.1 oder 3.2 aufgrund der dortigen Parameter möglich ist, wird bevorzugt das zeitliche Verhalten der Momente, das heißt insbesondere
Ist-Drehmomente M(i), M(i+1 ) der beiden benachbarten Gruppen beziehungs- weise deren Antriebseinrichtungen 5,1 beziehungsweise 5.2 analysiert. Außerdem wird verifiziert, dass während der Messung keine Änderung der Soll-Geschwindigkeiten v_ref(i), v_ref(i+1 ) vorgegeben wird. Optional kann zusätzlich auch das ϊst- Geschwindigkeitsverhalten der Antriebseinrichtungen 5,1 , 5.2 durch einen Vergleich von deren Ist-Geschwindigkeiten v(i) beziehungsweise v(i+1 ) durchgeführt werden, um eine Bandrisserfassung noch sicherer zu gestalten.
Figur 3 verdeutlicht beispielhaft das Grundprinzip des erfindungsgemäße Verfahren anhand eines Blockschaltbildes, wobei auf die Darstellung einer konkreten Schaltungsanordnung zur Erfassung von Bandrissen verzichtet wurde. Diese Verfahrensschritte können über entsprechende Schaltungen oder optional auch softwaretechnisch durch einen entsprechenden Steueralgorithmus zum Steuern eines geeignet ausgestalteten Prozessors in der Steuereinrichtung 7 umgesetzt sein.
Dazu sind Erfassungseinrichtungen 16.1 bis 16.4 vorgesehen, mittels welchen zumindest eine ein Ist-Drehmomente M(i), M(i+1 ) und zusätzlich die Ist-Geschwindigkeiten v(i), v{i+1 ) ermittelt werden. In einer Vergleichseinrichtung 15, umfassend vier Vergleichsmodule 11.1 - 11.4 wird zur Analyse jeweils eines der fst- Drehmomente M(i), M{i+1 ) zu einem ersten diskreten Zeitpunkt t und zu einem nachfolgenden diskreten Zeitpunkt t+1 beziehungsweise die entsprechenden Soll- Geschwindigkeiten v_ref(i) beziehungsweise v_ref{i+1 ) eingegeben. Dabei werden die später eingegebenen der Werte beispielsweise ansteile der zuerst eingegebenen Werte gesetzt und es wird jeweils ein neuer noch späterer Wert in die Anord- nung eingegeben, so dass eine kontinuierliche Überwachung auf Basis von jeweils zwei Werten zwischen zwei Zeitpunkten durchgeführt wird.
Die Erfassung der Werte beziehungsweise Parameter erfolgt dabei vorzugsweise fortlaufend oder in vordefinierten zeitfichen Abständen, beispielsweise in einem gemeinsamen Takt mit einer Taktphase in der Größe von 0,05 bis 3 Sekunden. Somit gibt es nur einen Time Delay, der verwendet wird (FiFo-Buffer). Außerdem wird eine Drehmomentlimitierung MJJm eingegeben, welche als Schwellenwert dient. Beispielsweise soil eine Schwelle mit einer Abweichung von 3% gegenüber einem kontinuierlich erfassten Wert des Ist-Drehmoments M(i) zugelassen werden.
Die Vergleichsmodule 11.1 , 11.2 zum Vergleichen der Drehmomente bekommen dabei jeweils sowohl die Werte des Ist-Drehmoments M(i) der ersten Antriebsein- richtung 5.1 als auch des Ist-Drehmoments M(i+1 ) der zweiten Antriebseinrichtung 5.2 zugeführt. Seibiges gilt entsprechend für die Vergleichsmodule 11.3, 11.4 zum Vergleichen der Soll-Geschwindigkeiten v_ref(i) beziehungsweise v_ref(i+1 ), welchen die entsprechenden Werte der Soü-Geschwindigkeiten v_ref beziehungsweise v_ref2 der beiden Antriebseinrichtungen 5.1 beziehungsweise 5.2 angelegt werden. Von den Vergleichsmodulen werden entsprechende Vergleichswerte in Form von Vergleichs- beziehungsweise Differenzwerten M_Diff(i), M_Diff(i+1 ), v_Diff(i) beziehungsweise v_Diff(i+1 ) ausgegeben.
Die Differenzwerte M_Diff(i), M_Diff(i+1 ) und v_Diff{i), v_Diff(i+1 ) der Vergleichseinrichtung 15 werden einer Auswerteinrichtung 17 zugeführt, in welcher in den Unterauswerteinrichtungen 18.1 bis 18.3 die Werte einer Auswertung unterzogen werden und ein Ausgabesignal A ausgegeben wird» welches einen Bandriss bd angibt oder nicht. Dazu wird aufgrund der anliegenden Werte bei einer Abweichung der Drehmomente innerhalb eines Zeitraums bei zugleich unveränderter Soli-Geschwindigkeit ein Signal beziehungsweise ein Wert A ausgegeben, welcher eine Drehmomentänderung und damit einen möglichen Bandriss bd anzeigt.
Anhand Figur 4 ist ein Prinzip zur Bestimmung eines Abrissmoments über einem Geschwindigkeitsverhältnis v_rei(i) dargestellt. Skizziert sind für zwei verschiedene Materialien beispielhafter Materialbahnen zwei entsprechende Bandabriss- Drehmomentwerte.
Die Funktionsweise der E-Modulerkennung basiert dabei auf der Dauer der Geschwindigkeitsstabiiisierung nach einem Papierriss im Bereich von typischer- weise einer Minute, Je nach Geschwindigkeiten und Material der Materiaibahn 2 können jedoch auch davon deutlich abweichende Zeitbereiche zu betrachten sein. Während der Dauer der Geschwindigkeitsstabilisierung kann man davon ausgehen, dass sich die Umgebungsbedingungen, beispielsweise Einwirkungen ange- legter Schaber oder von Reibungen, nicht wesentlich ändern. Befindet sich der Abriss an einer Abschlagposition und wird in vorhergehenden Gruppen das Papier beziehungsweise die Materiaibahn 2 nach dem Abriss nicht in vorgelagerten Gruppen abgeschlagen, so bleibt der Papierzug beziehungsweise Bahnzug, welcher auf die Materiaibahn 2 einwirkt, bis zur Abrissgruppe, das heißt, mit dem Ist-Drehmoment M(i) voriiegend beispielsweise bis zu dem ersten Fixpunkt 3.1 erhalten. Damit kann das vor dem Abriss angewandte Zugmoment über die Variation im angewandten Moment ermittelt werden.
Vor dem Abriss gilt entsprechend: M(i) = M_erforderlich(i) + M_Papierzug(i-1 , i) - M_Papierzug(i, i+1 ).
Nach dem Abriss gilt entsprechend:
M(i) = M_erforderlich(i) + M_Papierzug(i-1 , i).
Wird nun das Ist-Drehmoment M(i) vor dem Abriss von jenem Ist-Drehmoment M(i) nach dem Abriss abgezogen, erhält man das Zugmoment. Ein Auftragen dieser Zugmomente oder des Papierzugs über dem Geschwindigkeitsverhältnis, welcher auch als Draw bezeichnet wird, führt zu dem Diagramm gemäß Figur 4, welches zum E-Modu! der Materialbahn 2, das heißt insbesondere zum Elastizi- tätsmodul von Papier verwandt ist.
Risse in der Materialbahn 2, insbesondere Risse in einer Papierbahn, entstehen eher bei höheren Zügen beziehungsweise einwirkenden Momenten. Ursachen sind üblicherweise seitliche Einrisse, Löcher oder Faltenbildung. Durch eine konsequente Aufzeichnung der Papierrisse können gute Aussagen über den Verlauf des oberen Bereichs der E-Modul-Kurve des entsprechenden Papiers beziehungsweise der entsprechenden Materialbahn 2 gewonnen werden. Bevor- - -
zugt werden daher entsprechende Parameter und daraus gewonnene Parameter in der Spetchereinrϊchtung 10 zur direkten und/oder späteren Analyse und Verwendung gespeichert.
Figur 5 zeigt beispielhaft ein Verfahren zum Bestimmen des Elastizitätsmoduls der Materialbahn 2 beziehungsweise einer diesen wenigstens mittelbar beschreibenden Größe beziehungsweise eines einem solchen Elastizitätsmodul entsprechenden Maßes.
Teilweise kann dabei auf Komponenten beziehungsweise von Komponenten ausgegebene Werte zurückgegriffen werden, welche bereits anhand Figur 3 beschrieben sind. So wird wieder auf die Soll-Geschwindigkeit v_ref(i), welche dem dritten Vergleichsmodu! 11.3 zugeführt wird, zurückgegriffen. Dem dritten Vergleichsmodui 11.3 wird als zusätzliche Eingangsgröße ein Zeitdifferenzwert t_dιff von zum Betspie! 30 s angelegt. Ein entsprechender Vergleichsbeziehungsweise Differenzwert v_Diff(i), welcher vom dritten Vergleichsmodui 11.3 ausgegeben wird, wird entsprechend wieder einer Auswerteinrichtung 18.2 zugeführt. Als weitere Eingangsgrößen fungieren ein von der Taktrate t_FIFO abhängiger Bahnprüfwert t_F!FO* sowie ein Triggerwert t_trig.
Der Zeitdifferenzwert t diff wird außerdem als Steuer- beziehungsweise Taktgröße dem ersten Vergleichsmodul 11.1 angelegt beziehungsweise einem dessen Funktion entsprechenden weiteren Vergleichsmodul angelegt, welches das erste Drehmoment zum ersten Zeitpunkt M(i) als Vergleichsgröße angelegt bekommt. Die Momentdifferenz, weiche als Vergleichs- beziehungsweise Differenzwert M_Diff(i) vom Vergleichsmodui 11.1 ausgegeben wird, wird direkt zur Analyse und/oder späteren Verwendung der Speichereinrichtung 10 zugeführt. In der Speichereinrichtung 10 werden zusätzlich weitere Parameter und Daten abgespeichert, wie vorzugsweise der Ausgangswert der Steuereinrichtung 7, welcher dem Elastizitätsmodul E oder einem dem Elastizitätsmodul E entsprechendem Wert zu Risszeitpunkten oder auch zu kontinuierlich erfassten Zeitpunkten entspricht. Vorzugsweise werden auch Bezugsparameter wie das jeweils zeitlich zugeordnete Geschwindigkeitsverhältnis v rel(i) abgespeichert.
Vorteilhaft wird somit mitteis einer neuartigen Verfahrensweise eine Detektierung von Bandrissen mit den im Antriebssystem vorhandenen Größen auf einfache Art und Weise ermöglicht. Dabei kann auf eine Anwendung von separaten Bandrisssensoren verzichtet werden. Sofern solche separaten Bandrisssensoren eingesetzt werden, kann deren Signa! auf Plausibilität überprüft werden. Dies ist besonders bei einreihigen Trockengruppen interessant, in welchen Reflexionsrnessun- gen mittels Bandrisssensoren nur bedingt zuverlässig funktionieren.
Besonders vorteilhaft ist die Möglichkeit der Ermittlung des absoluten Bandzuges während eines Papierrisses sowie einer E-Modu!-ähnlichen Größe beziehungsweise im Idealfal! des Elastizitätsmoduls E selber im Abrissfall. Der Elastizitätsmo- dul stellt eine vorteilhaft einsetzbare Einstellgröße für eine sichere Fahrweise der Trockenpartie einer Maschine 1 dar. Ermöglicht wird dadurch insbesondere, dass direkt die eingestellte Geschwindigkeitsdifferenz zum korrespondierenden Zugmoment korreliert werden kann.
Vorteilhafte Anwendungsbereiche sind insbesondere Pressenpartien und Trockengruppen einer Papiermaschine sowie nachgeordnete Aggregate, wie Streichaggregate, Kalander.
Bezuqszeichenliste
1 Maschine (Papiermaschine)
2 Materialbahn
3.1 Fixpunkt
3.2 Fixpunkt
4.1 Antriebsgruppe (Walze)
4.2 Antriebsgruppe (Walze)
5.1 Erste Antriebseinrichtung
5.2 Zweite Antriebseinrichtung
6 Abschlagvorrichtung
6.1 Abschlagmesser
7 Steuereinrichtung
8.1 Leitung
8.2 Leitung
9 Leitung
10 Speichereinrichtung
11.1 Erstes Vergleichsmodul
11.2 Zweites Vergieichsmodui
11.3 Drittes Vergleichsmodul
11.4 Viertes Vergieichsmodui
12 Erste Presseinrichtung
13 Zweite Presseinrichtung
14 Filzband
15 Vergleichseinrichtung
16.1 Erfassungseinrichtung
16.2 Erfassungseinrichtung
16.3 Erfassungseinrichtung
16.4 Erfassungseinrichtung
17 Auswerteinrichtung
18.1 Unterauswerteinrichtung
18.2 Unterauswerteinrichtung 18.3 Unterauswerteinrichtung
18.4 Auswerteinrichtung
A Ausgangssignal bd Bandrisssigna!
E Elastizitätsmodul i Index der Antriebsgruppe
L Maschineniaufrichtung {Durchlaufrichtung)
M Ist-Drehmoment
M(O ist-Drehmoment der i-ten Antriebsgruppe
M(i+1 ) Ist-Drehmoment der auf die i-te Antriebsgruppe folgenden Antriebsgruppe
M_Diff(i) Vergleichs- beziehungsweise Differenzwert
M_Diff(i+1) Vergleichs- beziehungsweise Differenzwert
[^erforderlich Erforderliches Drehmoment
M_erforderlich{i) Erforderliches Drehmoment
MJJm Drehmomentiimitierung
M__Papierzug Wirkendes Drehmoment
M_Papierzug(i, i+1 ) Wirkendes Drehmoment
M_Papierzug(i-1 , i) Wirkendes Drehmoment
Ms(i) Soll-Drehmoment der i-ten Antriebsgruppe
Ms(i+1 ) Soli-Drehmoment der auf die i-te Antriebsgruppe folgenden Antriebsgruppe t Zeit tx Zeitpunkt tx+1 Zeitpunkt t_diff Zeitdifferenzwert t_FIFO Taktrate (Gemeinsamer Takt) t_FIFO* Bahnprüfwert t_trig Triggerwert v(i) fst-Geschwindigkeit der i-ten Antriebsgruppe v(i+1 ) Ist-Geschwindigkeit der auf die i-te Antriebsgruppe folgenden Antriebsgruppe v_Diff(i) Vergleichs- beziehungsweise Differenzwert vJZ)iff(i+1 ) Vergleichs- beziehungsweise Differenzwert v_ref(i) Soll-Geschwindigkeit der i-ten Antriebsgruppe v_ref(i+1 ) Soli-Geschwindigkeit der auf die i-te Antriebsgruppe folgenden Antriebsgruppe vj-el(i) Geschwindigkeitsverhältnis Yv_ref(i) Stellgröße der i-ten Antriebsgruppe Yv_ref(i+1 ) Stellgröße der auf die i-te Antriebsgruppe folgenden Antriebsgruppe

Claims

Verfahren und Vorrichtung zum Erfassen eines Risses und/oder eines Elastizitätsmoduls einer MaterialbahnPatentansprüche
1. Verfahren zum Erfassen eines Risses und/oder zum Bestimmen eines Elastizitätsmoduls (E) einer Materiaibahn (2), insbesondere Faserstoffbahn in einer Maschine zur Herstellung derselben zwischen zwei Fixpunkten (3.1 , 3.2), bei weichem die Materialbahn (2) am ersten der Fixpunkte (3.1 ) mitteis einer Antriebseinrichtung (5.1 ) mit einer Soli-Geschwindigkeit (v_ref) angetrieben wird und ein Maß entsprechend dem Elastizitätsmodui (E) oder einer diesen wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe der Materiaibahn (2) bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bestimmen des Maßes entsprechend dem Eiastizitätsmodul (E) oder einer diesen wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe ein Drehmomentveriauf eines Ist-Drehmoments (M) der Antriebseinrichtung (5.1) erfasst und ausgewertet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zum Erfassen eines Papierrisses ein Ansteigen des Ist-Drehmoments (M(i)) der Antriebseinrichtung (5.1 ) als Entscheidungskriterium verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bestimmen des Maßes entsprechend dem Elastizitätsmodul (E) oder einer diesen wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe Ist- Drehmoment (M(i+1 )) einer zweiten Antriebseinrichtung (5.2) verwendet wird, welche am zweiten Fixpunkt (3.2) zum Antreiben der Materialbahn (2) verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erfassen eines Risses der Materialbahn (2) ein Abfallen eines Ist- Drehmoments (M(i+1 ))der zweiten Antriebseinrichtung (5.2) verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Entscheidung eines Erfassens eines Risses der Materialbahn (2) abhängig gemacht wird von einer nicht oder nur innerhalb eines Grenzwertes veränderten Soll-Geschwindigkeit (v_ref(i), v_ref(i+1 )) zumindest einer der Antriebseinrichtungen (5.1 , 5.2).
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassen eines Risses der Materialbahn (2) abhängig von einem Vergleich der Ist-Drehmomente zu verschiedenen Zeitpunkten und außerhalb eines von einem Schweilwert abhängigen Toleranzbereiches vorgenommen wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bestimmen des Elastizitätsmoduls oder einer diesen wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe oder eines Maßes entsprechend des Elastizitätsmoduls (E) ein wirkendes Moment an der Materialbahn (2) und/oder ein Ist-Drehmoment (M(i), M(i+1 )) zu einem Zeitpunkt vor einem Abriss der Materialbahn (2) über einem Geschwind igkeitsverhäitnis (v_rel(i)) aufgetragen wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Verfahren erfasste und/oder bestimmte Parameter einschiießlich des Elastizitätsmoduls (E) oder eines auf das Elastizitätsmodul (E) bezogenen Maßes oder einer diesen wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe in einem Speicher (10) gespeichert werden.
9. Vorrichtung zum Erfassen eines Risses und/oder zum Bestimmen eines Elastizitätsmoduls (E) oder einer diesen wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe einer Materialbahn (2), insbesondere einer Papierbahn, mit zumindest zwei Fixpunkten (3.1 , 3.2), zwischen welchen die Materialbahn (2) in gespanntem Zustand verläuft, mit zumindest einer Antriebseinrichtung
(5.1 ) am ersten Fixpunkt (3.1 ) zum Antreiben der Materialbahn (2) in Richtung des zweiten Fixpunktes (3.2) und mit einer Steuereinrichtung (7) zum Steuern der Antriebseinrichtung (5.1 ) und/oder zum Auswerten erfasster Parameter, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (7) ein Ist-Drehmoment (M(i)) zumindest der Antriebseinrichtung (5.1 ) beim ersten Fixpunkt (3.1 ) erfasst und zum Ermittein eines Anstiegs des Ist-Drehmoments (M(i)) ausgelegt und/oder programmiert ist zum Bereitstellen des daraus berechneten Elastizitätsmo- duls (E) oder einer diesen wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe der Materialbahn (2) vor einem Abriss der Materialbahn (2) hinter dem ersten Fixpunkt (3.1 ) und/oder zum Bestimmen eines Maßes entsprechend diesem Elastizitätsmodul (E) oder einer diesen wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (7) zum Erfassen eines Ist-Drehmoments (M(i+1 )) einer zweiten Antriebseinrichtung (5.2) beim zweiten Fixpunkt (3.2) ausgelegt ist und ausgebildet oder programmiert ist, das Ist-Drehmoment (M(i+1))) der zweiten Antriebseinrichtung (5.2) zusätzlich zu dem Ist-Drehmoment (M(I)) der Antriebseinrichtung (5.1 ) des ersten Fixpunktes (3.1) zum Bestimmen des Elastizitätsmoduls (E) und/oder des diesem entsprechenden Maßes zu verwenden.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (7) ausgelegt und/oder programmiert ist zum Analysieren einer Soll-Geschwindigkeit (v_ref(i), v_ref(i+1 )) zumindest der Antriebseinrichtung (5.1 ) am ersten Fixpunkt (3.1 ) zum Erfassen eines Risses der Materialbahn (2) bei Änderung des Ist-Drehmoments (M(i), M(i+1 )) nur für den Fall der während der Änderung gleich oder innerhalb eines Toleranz-Schweilwertes gebliebenen Soll-Geschwindigkeit (v_ref (i), v_ref(i+1 )).
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Speichereinrichtung (10) zum Speichern eines zumindest für den Fall eines erfassten Risses der Materialbahn (2) bestimmten Elastizitätsmoduls (E) und/oder einer diesen wenigstens mittelbar beschreibenden Größe vorgesehen ist.
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