DE19953225A1

DE19953225A1 - Faserorientierungs-Regelung

Info

Publication number: DE19953225A1
Application number: DE19953225A
Authority: DE
Inventors: Klaus Lehleiter; Holger Humberg
Original assignee: Voith Paper Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 1999-11-05
Filing date: 1999-11-05
Publication date: 2001-05-23
Also published as: EP1116825B1; DE50007123D1; EP1116825A2; EP1116825A3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Faserorientierungsquerprofils einer erzeugten Faserbahn in einer Papier- oder Kartonmaschine mit einem Mittel zur Beeinflussung eines Geschwindigkeitsquerprofils eines Faserstoffsuspensionsstrahles am Ausgang des Stoffauflaufdüse, wobei Abweichungen des Faserorientierungsquerprofils aufgrund von gemessenen Abweichungen in mindestens einer Komponente des Geschwindigkeitsquerprofils ausgeregelt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Faserorientierungsquerprofils einer erzeugten Faserbahn in einer Papier- oder Kartonmaschine mit einem Mittel zur Beeinflussung eines Geschwindigkeitsquerprofils eines Faserstoffsuspensionsstrahles am Ausgang einer Stoffauflaufdüse.

Aus vielfältigem Stand der Technik ist das Problem der Faserorientierung bei Papier- oder Kartonbahnen bekannt. Der am nahesten kommende Stand der Technik ist die deutsche Offenlegungsschrift DE 197 33 454 A1. Der Grundgedanke dieser Offenlegungsschrift liegt darin, aus dem Querprofil des Flächengewichts beziehungsweise einer damit korrelierenden Größe zu erkennen, wann eine Änderung des Faserorientierungsquerprofiles stattfindet, ohne diese direkt zu messen. Bei dieser Anmeldung werden ein stoffdichtegeregelter Stoffauflauf - optional auch mit einer, über die Breite der Maschine sektional einstellbaren Durchflußregelung - und auch ein zwischen dem Stoffauflauf und dem Former traversierender Sensor offenbart. Dieser Sensor mißt nicht das Flächengewicht selbst, sondern die aus dem Stoffauflauf austretende Masse an Stoffsuspension beziehungsweise den Feststoffgehalt in der Stoffsuspension. Über mindestens einen weiteren Sensor zwischen Trockenpartie und Aufwickeleinrichtung können weitere Daten, insbesondere über Faserorientierungsprofile der trockenen Faserstoffbahn, gewonnen werden. Über Rechen- und Steuereinheiten erfolgen dann die Stellsignale an die Durchflußregelventile und/oder Blenden-Stellorgane und/oder Entnahme-/zufuhreinrichtungen für Fasersuspension bzw. Verdünnungswasser.

Es ist Aufgabe der Erfindung, weitere bessere Verfahren zur Messung und Beeinflussung der Faserorientierung und Regelkreise zur Steuerung der Faserorientierung zu finden.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Die Erfinder haben erkannt, daß auch die Bewegung des Faserstoffsuspensionsstrahles beim Austreten aus der Stoffauflaufdüse, Informationen liefert, die bei geeigneter Analyse einen Aufschluß über die Faserorientierung geben.

Den Erfindern war aufgefallen, daß die Ausrichtung des aus dem Stoffauflauf austretenden Faserstoffsuspensionsstrahles entscheidenden Einfluß auf die Faserorientierung hat. Für den Fall einer an einem Punkt geringeren Spaltöffnung kommt es schon innerhalb der Stoffauflaufdüse zu Querströmungen, das heißt, die Stoffsuspension weicht der engeren Spaltstelle teilweise aus und erzeugt eine quergerichtete Strömungskomponente. Diese Bewegung setzt sich auch außerhalb der Stoffauflaufdüse fort, wodurch sich eine fächerartige Aufweitung des Faserstoffsuspensionsstrahles ergibt.

Aufgrund der nicht homogenen Ausrichtung des Faserstoffsuspensionsstrahles ergibt sich auch eine über die Breite der Maschine unterschiedliche Anordnungsstatistik der Fasern auf dem Sieb des Formers und letztendlich ein ungleichmäßiges Faserorientierungsquerprofil. Das Faserorientierungsquerprofil der erzeugten Faserstoffbahn erfährt somit durch die unterschiedliche Strahlausrichtung wesentliche Abweichungen über die Maschinenbreite.

Neben dem Einfluß des Spaltweitenquerprofils auf die Ausrichtung des Faserstoffsuspensionsstrahles ist auch noch der Einfluß von sektionalen Volumenströmen im Stoffauflauf, zum Beispiel durch uneinheitliche Zudosierungen von Fluiden, bekannt. Auch hierdurch entstehen Auswirkungen auf das Faserorientierungsquerprofil.

Es liegt also eine zumindest weitgehend eindeutige Korrelation zwischen dem Querprofil Ausrichtung des Faserstoffsuspensionsstrahles, das heißt dem Querprofil der Geschwindigkeitsvektoren des Faserstoffsuspensionsstrahles am Austritt aus der Stoffauflaufdüse, mit dem späteren Faserorientierungsquerprofil der fertigen Bahn vor. Da Abweichungen der örtlichen Geschwindigkeitsvektoren gleichzeitig auch eine Abweichung der örtlichen Geschwindigkeitskomponenten in Maschinenrichtung bewirken, kann in erster Näherung auch über eine einfache Messung des Geschwindigkeitsprofils des Faserstoffsuspensionsstrahles - in Maschinenrichtung - nach der Stoffauflaufdüse, insbesondere über auftretende Veränderungen auf Veränderungen im Faserorientierungsquerprofil geschlossen werden. Ein Beispiel solcher Messungen ist die sogenannte Kreuzkorrelationsmessung, bei der die Zeitdauer des Auftretens gleicher optischer Muster - entstanden durch Laserstrahlen - in einem bestimmten Abstand in Maschinenrichtung voneinander bestimmt wird, woraus die Flußgeschwindigkeit in Maschinenrichtung errechenbar ist.

Neben der einfachen Messung des Geschwindigkeitsprofils kann, auch über eine Kreuzkorrelationsmessung, bei der auch der Versatz eines optischen Musters in Querrichtung berücksichtigt wird, das Geschwindigkeitsvektorquerprofil gemessen werden und dann die Winkelabweichungen der Geschwindigkeitsvektoren von einer Hauptrichtung oder eine Querkomponente der Geschwindigkeit in Korrelation zum Faserorientierungsquerprofil gesetzt werden. Neben optischen Meßmethoden können auch zum Beispiel Dopplermessungen mit Ultraschall oder ähnliches verwendet werden.

Insgesamt werden also kleine Geschwindigkeitsabweichungen und/oder Winkelabweichungen im Querprofil betrachtet und ein Regelverfahren zur Reduktion dieser Abweichungen und damit zur Reduktion von Abweichungen im Faserorientierungsquerprofil erzeugt. Als Stellorgane zur Beeinflussung der Abweichungen im Geschwindigkeitsprofil können alle Mittel genutzt werden, die das Geschwindigkeitsprofil im Stoffauflauf beeinflussen, wie beispielsweise die Stoffauflaufblende oder eine sektionale Volumenstromregelung.

Die Erfindung sieht also grundsätzlich zwei verschiedene Arten von Referenzmessungen der Bewegung des Faserstoffsuspensionsstrahles vor. Zum einen erfolgt die Auswertung der Meßwerte derart, daß lediglich die Austrittsgeschwindigkeit des Strahles in Maschinenrichtung gemessen wird, denn eine abweichende Strahlausrichtung korreliert mit einer Abweichung der Austrittsgeschwindigkeit aus der Stoffauflaufdüse. Zum anderen gibt es aber auch die Möglichkeit, eine direkte Winkelmessung des Geschwindigkeitsvektors des Faserstoffsuspensionsstrahles vorzunehmen. Es versteht sich, daß beide Auswertungen Anwendung finden können.

Entsprechend dem Erfindungsgedanken schlagen die Erfinder also vor, das Verfahren zur Regelung eines Faserorientierungsquerprofils einer erzeugten Faserbahn in einer Papier- oder Kartonmaschine mit einem Mittel zur Beeinflussung eines Geschwindigkeitsquerprofils eines Faserstoffsuspensionsstrahles am Ausgang einer Stoffauflaufdüse, so auszugestalten, daß Abweichungen des Faserorientierungsquerprofil aufgrund von gemessenen Abweichungen in mindestens einer Komponente des Geschwindigkeitsquerprofils ausgeregelt werden.

Vorteilhaft kann die mindestens eine gemessene und regelungsrelevante Komponente des Geschwindigkeitsquerprofils der Betrag der Geschwindigkeitskomponente in Maschinenlaufrichtung, der Betrag der Geschwindigkeitskomponente in Maschinenquerrichtung oder die Winkelabweichung des Faserstoffsuspensionsstrahls sein, wobei vorzugsweise zur Messung der Bewegung des Faserstoffsuspensionsstrahles die Bewegung an der Oberfläche des Faserstoffsuspensionsstrahles gemessen werden kann.

Hierzu kann eine Meßeinrichtung, vorzugsweise genau in CD- Richtung (= Querrichtung zur Maschinenlaufrichtung), über den Faserstoffsuspensionsstrahl traversieren. Vorteilhaft kann auch nur über den Bereich einer aktuellen Störung traversiert werden.

Konkret kann eine Korrelation zwischen dem Querprofil der mindestens einen gemessenen und regelungsrelevanten Komponente des Geschwindigkeitsquerprofils und einem an der entstehenden Papier- oder Kartonbahn direkt gemessenen Faserorientierungsquerprofil über die Zuordnung von Profilpaaren hergestellt werden, wobei ein Profilpaar jeweils mindestens einen typischen Wert des Geschwindigkeitsquerprofils und mindestens einen typischen Wert des Faserorientierungsquerprofils an jeweils einer bestimmten Stelle der Bahn oder eine entsprechende Abweichung von jeweils einem Referenzwert enthält.

Das ermittelte Faserorientierungsquerprofil kann sowohl "online" oder "offline" gemessen werden, wobei natürlich eine "online"-Messung ein schnelleres und direkteres Regeln ermöglicht. Hierbei kann auch der Zeitversatz berücksichtigt werden, der sich aus einer Messung bestimmter Geschwindigkeitskomponenten am Stoffauflauf und der erst später, nach dem Durchlauf der Bahn durch die Papiermaschine, erfolgten Faserorientierungsmessung an dieser Stelle der Papier- oder Kartonbahn ergibt.

Vorteilhaft können durch dieses Verfahren auch durch das Einstellen von nichtparallelen Geschwindigkeitsvektoren Faserorientierungsfehler, die aus dem Former der Pressen- oder der Trockenpartie stammen, korrigiert werden.

Als Stellgröße zur Beeinflussung des Geschwindigkeitsquerprofils eignet sich vorteilhaft die sektionale Einstellung der Spaltöffnung der Blende des Stoffauflaufes oder der sektional geregelte Durchsatz an Stoffsuspension im Stoffauflauf. Diese Veränderung des Durchsatzes zur sektionalen Beeinflussung des Geschwindigkeitsquerprofils kann erfindungsgemäß durch eine Drosselung eines sektionalen Volumenstromes, durch eine Zufuhr von zusätzlichem Fluid in den sektionalen Volumenstrom, durch einen Abzug von Fluid aus dem sektionalen Volumenstrom oder Kombination der oben genannten Maßnahmen erreicht werden.

Zusätzlich ist es auch möglich, zur Vermeidung von Änderung des Flächenqewichtsquerprofils der Papier- oder Kartonbahn auch die Stoffdichte, gegebenenfalls durch eine Kopplung von Faserorientierungsregelung und Flächengewichtsregelung, sektional zu regeln, wobei besonders vorteilhaft eine Kombination von Stoffdichte- und Volumenstromregelung verwendet werden kann.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt weiterhin darin, im Laufe des Regelverfahrens ermittelte Regelparameter, das heißt Erfahrungswerte der Vergangenheit aus dem Vergleich zwischen Veränderungen im Geschwindigkeitsquerprofil und daraus resultierenden Veränderungen im Faserorientierungsquerprofil, in Form einer Datenbank, vorzugsweise in mindestens einer Regeleinheit, zu speichern und "online" der Regelung zur Verfügung zu stellen.

Zusätzliche Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen:

Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Es stellen dar:

Fig. 1 Draufsicht auf die erfindungsgemäße Meßeinrichtung;

Fig. 2 Schematische Draufsicht auf eine Papiermaschine:

Die Fig. 1 verdeutlicht das erfindungsgemäße Verfahren an Hand einer schematischen Darstellung eines Teils des Stoffauflaufes 1, mit über die Breite angeordneten Stellgliedern 8a, 8b, 8c für die schräg angeordnete Blende 2.

Die Positionen 9a, 9b, 9c geben die aktuellen Stellwege der Blende 2 wieder. Es ist in dieser Draufsicht wegen der Schrägstellung der Blende 2 sichtbar, daß diese im Bereich des Stellweges 9b verformt ist. Dadurch ergibt sich an dieser Stelle zur darunterliegenden Stoffauflauflippe ein engerer Düsenspalt. Die Geschwindigkeitsvektoren 10a . . . 10k zeigen eine Fächerform an der Oberfläche des Faserstoffsuspensionsstrahles 5 mit den Strahlrichtungen und den dazugehörenden Geschwindigkeitsvektoren.

Man kann deutlich sehen, daß die Geschwindigkeitsvektoren 10e . . . 10g eine andere Länge aufweisen, als die Geschwindigkeitsvektoren am Rand 7 des Faserstoffsuspensionsstrahles 5. Über diesen Faserstoffsuspensionsstrahl hinweg ist der Traversierrahmen 6 angeordnet. Die Meßeinrichtung 4 bewegt sich längs ihres Traversierweges 3.

Die Ränder 7 des Faserstoffsuspensionsstrahles 5 werden durch die gepunktete Linie veranschaulicht. In der Meßeinrichtung 4 ist eine erste Meßstelle 11 - beispielsweise punktförmig - angeordnet. Durch die feste räumliche Zuordnung zur zweiten Meßstelle 12 - die ähnlich einer Zeilenkamera matrixförmig ausgebildet ist - ergibt sich ein Referenzsystem, welches die Ermittlung eines X-Teilvektors 13 in Maschinenlaufrichtung (MD)und eines Y-Teilvektors 14 in Querrichtung (CD) ermöglicht (Weg-Ermittlung).

Durch die Kenntnis der Strömungsgeschwindigkeit aus dem nicht gestörten Bereich des Faserstoffsuspensionsstrahles lassen sich auch die Geschwindigkeitsanteile des X- und des Y- Teilvektors ermitteln. Aus beiden Messungen läßt sich außerdem der jeweilige Strahlwinkel (Winkel des Geschwindigkeitsvektors) ermitteln. Meß- und Steuerleitungen wurden aus Gründen der Übersichtlichkeit in dieser Figur nicht gezeichnet.

In der Fig. 2 sind nun die erfindungswesentlichen Steuer- und Signalleitungen eingezeichnet. Die Regeleinheit 15 ist mit den Signalleitungen 26a, 26b, 26c und diese wiederum mit den Sensoren 17a, 17b, 17c der Spaltweite verbunden. Die dazugehörenden Steuerleitungen 28a, 28b, 28c sind an den Stellgliedern der Blende 8a, 8b, 8c angeschlossen.

Die Regeleinheit 16 empfängt das Signal der Meßeinrichtung 27 und das Faserorientierungs-Signal des Meßrahmens 24, oder alternativ dazu manuell eingegebene Faserorientierungs-Werte 25 aus Offline-Messungen. Diese Regeleinheit 16 steuert über die Leitungen 29a, 29b, 29c die Durchfluß-Ventile 19a, 19b, 19c, beziehungsweise über die Leitungen 30a, 30b, 30c die Stoffmisch-Ventile 18a, 18b, 18c am Stoffauflauf. Optional kann die Regeleinheit 15 über eine Reglerkopplung 23 mit der Regeleinheit 16 verbunden werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren stellt also ein weiteres, besseres Verfahren zur Messung und Beeinflussung der Faserorientierung und Regelkreise zur Steuerung derb Faserorientierung, insbesondere des Faserorientierungsquerprofils dar, wobei die Reaktionsgeschwindigkeit des Regelverfahrens sehr kurz ist, da die Regelung bereits auf Änderungen der Ausrichtung des Faserstoffsuspensionsstrahles am Anfang des Herstellungsprozesses reagiert und nicht der Durchlauf einer Papierbahn durch die Papiermaschine mit anschließender Messung des Faserorientierungsquerprofils abgewartet werden muß.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Bezugszeichenliste

1

Stoffauflauf

2

Stoffauflaufblende

3

Traversierweg

4

Meßeinrichtung

5

Faserstoffsuspensionsstrahl

6

Traversierrahmen

7

Rand des Faserstoffblattes

8

a,

8

b,

8

c Stellglieder der Blende

9

a,

9

b,

9

c Stellwege der Blende

10

a,

10

b, . . . Geschwindigkeitsvektoren

11

erste Meßstelle

12

zweite Meßstelle

13

X-Teilvektor

14

Y-Teilvektor

15

Regeleinheit

16

Regeleinheit

17

a,

17

b,

17

c Sensoren für die Spaltweite

18

a,

18

b,

18

c Stoffmischventile

19

a,

19

b,

19

c Durchflußventile

20

Former, Pressenpartie, Trockenpartie

21

Meßrahmen

22

Wickelmaschine

23

Reglerkopplung

24

Signal der Faserorientierung vom Meßrahmen

25

Faserorientierungs-Meßwerte ("Offline")

26

a,

26

b,

26

c Signalleitungen Spaltweite

27

Signal der Meßeinrichtung

28

a,

28

b,

28

c Steuerleitungen für Stellglieder der Blende

29

a,

29

b,

29

c Steuerleitungen für Durchflußventile

30

a,

30

b,

30

c Steuerleitungen für Stoffmischventile

Claims

1. Verfahren zur Regelung eines Faserorientierungsquerprofils einer erzeugten Faserbahn in einer Papier- oder Kartonmaschine mit einem Mittel (2, 19a, 19b, 19c) zur Beeinflussung eines Geschwindigkeitsquerprofils eines Faserstoffsuspensionsstrahles (5) am Ausgang einer Stoffauflaufdüse, dadurch gekennzeichnet, daß Abweichungen des Faserorientierungsquerprofil aufgrund von gemessenen Abweichungen in mindestens einer Komponente des Geschwindigkeitsquerprofils ausgeregelt werden.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine gemessene und regelungsrelevante Komponente des Geschwindigkeitsquerprofils der Betrag der Geschwindigkeitskomponente in Maschinenlaufrichtung ist.

3. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine gemessene und regelungsrelevante Komponente des Geschwindigkeitsquerprofils der Betrag der Geschwindigkeitskomponente in Maschinenquerrichtung ist.

4. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine gemessene und regelungsrelevante Komponente des Geschwindigkeitsquerprofils die Winkelabweichung des Faserstoffsuspensionsstrahls (5) ist.

5. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Messung der Bewegung des Faserstoffsuspensionsstrahles (5) die Bewegung an der Oberfläche des Faserstoffsuspensionsstrahles (5) gemessen wird.

6. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Meßeinrichtung (4) traversierend, vorzugsweise genau in CD-Richtung, über den Faserstoffsuspensionsstrahl (5) fährt.

7. Verfahren gemäß dem Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (4) nur über den Bereich einer aktuellen Störung im Querprofil traversierend verfährt.

8. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Korrelation zwischen dem Querprofil der mindestens einen gemessenen und regelungsrelevanten Komponente des Geschwindigkeitsquerprofils und einem an der entstehenden Papier- oder Kartonbahn direkt gemessenen Faserorientierungsquerprofil über die Zuordnung von Profilpaaren hergestellt wird, wobei ein Profilpaar jeweils mindestens einen typischen Wert des Geschwindigkeitsquerprofils und mindestens einen typischen Wert des Faserorientierungsquerprofils an jeweils einer bestimmten Stelle der Bahn oder eine entsprechende Abweichung von jeweils einem Referenzwert enthält.

9. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das ermittelte Faserorientierungsquerprofil "online" oder "offline" gemessen wird.

10. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß durch Einstellen von nichtparallelen Geschwindigkeitsvektoren (10a . . . 10k) Faserorientierungsfehler, die aus dem Former der Pressen- oder der Trockenpartie (20) stammen, korrigiert werden.

11. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beeinflussung des Geschwindigkeitsquerprofils die Spaltöffnung der Blende (2) von einer separaten Regeleinheit (15) sektional geregelt wird.

12. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beeinflussung des Geschwindigkeitsquerprofils sektional der Durchsatz geregelt wird.

13. Verfahren gemäß dem der voranstehenden Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Veränderung des Durchsatzes zur sektionalen Beeinflussung des Geschwindigkeitsquerprofils durch eine Drosselung eines sektionalen Volumenstromes erreicht wird.

14. Verfahren gemäß dem der voranstehenden Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Veränderung des Durchsatzes zur sektionalen Beeinflussung des Geschwindigkeitsquerprofils durch eine Zufuhr von zusätzlichem Fluid in den sektionalen Volumenstrom erreicht wird.

15. Verfahren gemäß dem der voranstehenden Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Veränderung des Durchsatzes zur sektionalen Beeinflussung des Geschwindigkeitsquerprofils durch einen Abzug von Fluid aus dem sektionalen Volumenstrom erreicht wird.

16. Verfahren gemäß dem der voranstehenden Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Veränderung des Durchsatzes zur sektionalen Beeinflussung des Geschwindigkeitsquerprofils durch eine Kombination der kennzeichnenden Merkmale aus mindestens zwei der Ansprüche 13 bis 15 erreicht wird.

17. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung von Änderung des Flächengewichtsquerprofils der Papier- oder Kartonbahn auch die Stoffdichte, gegebenenfalls durch eine Kopplung von Faserorientierungsregelung und Flächengewichtsregelung, sektional geregelt wird.

18. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß im Regelverfahren ermittelte Regelparameter in mindestens einer Regeleinheit (15, 16) in Form einer Datenbank gespeichert werden und "online" zur Verfügung stehen.