TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern, insbesondere
Platten, aus Lignocellulose haltigen Fasern mit den Merkmalen des Oberbegriffs des
Patentanspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung
von Formkörpern, insbesondere Platten, aus Lignocellulose haltigen Fasern mit den
Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 7.
[0002] Bei den Formkörpern, die aus den Lignocellulose haltigen Fasern hergestellt werden,
handelt es sich insbesondere um mitteldichte Faserplatten (MDF).
STAND DER TECHNIK
[0003] Bei der Herstellung von MDF werden zum Beispiel Holzhackschnitzel feucht zerfasert,
wobei am Ende dieses Prozesses eine Druckentspannung steht, um die Fasern zu vereinzeln.
Mit dem bei der Druckentspannung frei werdenden Wasserdampf wenn die vereinzelten
Holzhackschnitzel durch ein Blasrohr gefördert, durch das sie zu einem Trockner gelangen.
In dem Blasrohr kann auch die Beleimung der Fasern durch Aufsprühen von Bindemittel
erfolgen. Nach der Einstellung der gewünschten Feuchtigkeit der Fasern in dem Trockner
werden die Fasern zu einer Fasermatte geformt und anschließend unter Einwirkung von
erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur zu den gewünschten Platten ausgeformt, wobei
das Bindemittel aushärtet.
[0004] Die Qualität der derart hergestellten MDF hängt wesentlich von der Faserqualität,
d. h. der Form und dem Vereinzelungsgrad der Fasern, ab. Die Kontrolle der Faserqualität
erfolgt bei der MDF-Herstellung häufig nur durch eine subjektive visuelle Beurteilung
von Fasern, die dem Herstellungsprozess vor dem Formen der Fasermatte entnommen werden.
Um diese Faser nicht nur subjektiv sondern auch objektiv zu beurteilen, sind Faseranalysegeräte
mit einer Kamera und einer Bildverarbeitungseinrichtung für ein Ausgangssignal der
Kamera bekannt. Die derart gewonnenen Messergebnisse sind jedoch für die Auswirkungen
der Faserqualität auf die aus den Fasern hergestellten MDF wenig aussagekräftig, was
auch darauf zurückzuführen sein mag, dass die analysierten Fasern nur eine minimale
Stichprobe in Bezug auf das gesamte Faservolumen darstellen. Zudem stehen die Ergebnisse
der Faseranalyse in Bezug auf die Herstellung der MDF aus den Fasern, für die die
analysierten Fasern repräsentativ sein sollen, sehr spät zur Verfügung, so dass beispielsweise
keine Anpassung des MDF-Herstellungsprozesses mehr erfolgen kann, um festgestellte
unterschiedliche Faserqualitäten zu kompensieren.
[0005] Aus der Nassfaserindustrie und Papierindustrie ist ein Faserprobennehmer bekannt,
bei dem über ein pneumatisches Ventil eine Faserprobe aus dem dortigen Faserstrom
in Form einer flüssigen Suspension genommen und dann mit einer Kamera und einer der
Kamera nachgeschalteten Bildverarbeitungseinrichtung analysiert wird. Der große Nachteil
dieser bekannten Vorrichtung ist ihre Verstopfungsgefahr. Zudem ist auch hier die
gezogene Fasermenge sehr klein und damit wenig repräsentativ. Vorteilhaft ist die
Möglichkeit relativ früh Informationen über die Faserqualität zu gewinnen. Eine einfache
Übertragung dieses Konzepts auf die Herstellung von Formkörpern, insbesondere Platten,
aus Lignocellulose haltigen Fasern im Sinne der vorliegenden Erfindung, insbesondere
die Herstellung von MDF, erscheint jedoch nicht möglich.
AUFGABE DER ERFINDUNG
[0006] Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung
von Formkörpern, insbesondere Platten aus Lignocellulose haltigen Fasern, aufzuzeigen,
bei denen es aufgrund der Analyse der Faserqualität möglich ist, frühzeitig in den
Aufschluss der Fasern oder deren Weiterverarbeitung einzugreifen, um die Qualität
der Formkörper und/oder den dafür notwendigen Einsatz an Bindemittel und Energie zu
optimieren.
LÖSUNG
[0007] Die Erfindung wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs
1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 7
gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen des neuen Verfahrens und der neuen Vorrichtung
sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
[0008] Bei dem neuen Verfahren werden die Fasern in dem Blasrohr mit einer Kamera beobachtet,
um die Faserqualität der aufgeschlossenen Fasern fortlaufend zu analysieren. Die Analyse
der Faserqualität erfolgt damit ständig, d. h. ununterbrochen oder jedenfalls in so
kurzen Abständen, dass ein wesentlicher Teil der Fasern, der für den Rest der Fasern
repräsentativ ist, in die Analyse der Fasern eingeht. In Bezug auf den Querschnitt
des Blasrohrs, über den die Fasern mit der Kamera beobachtet werden, kann das Sichtfeld
der Kamera den gesamten Querschnitt abdecken, obwohl dies nicht zwingend ist. Wieder
gilt hier das Kriterium, dass die Kamera die Fasern so beobachtet, dass ein wesentlicher
Teil der Fasern in die Analyse der Faserqualität eingeht. Trotz der sehr hohen Geschwindigkeit
der Fasern in dem Blasrohr ist überraschender Weise mit einer Kamera, die entsprechend
kurze Belichtungszeiten ermöglicht, die direkte Beobachtung der Fasern in dem Blasrohr
so möglich, dass hieraus erhebliche Parameter in Bezug auf die Faserqualität abgeleitet
werden können. Zum Beispiel sind in den Bildern der Kamera sehr leicht so genannte
Splitter, d. h. noch nicht vollständig aufgeschlossene Faserverbunde, zu erkennen,
die die Qualität der aus Ihnen hergestellten Formkörper beeinträchtigen. Es können
auch noch darüber hinaus gehende genauere Aussagen über die Faserqualität getroffen
werden. Diese Aussagen sind so früh möglich, dass eine entsprechende Regelung des
Faseraufschlusses nur sehr wenig Fasern mit unerwünschter Qualität anfallen lässt
und in jedem Fall eine Steuerung der nachgeschalteten Weiterverarbeitung der Fasern
so erfolgen kann, dass sich etwaige negative Auswirkungen der Faserqualität in Grenzen
halten lassen. Für eine Beobachtung mit dem Auge sind die Fasern in dem Blasrohr hingegen
viel zu schnell. Mit dem Auge kann nur eine künstlich verzögerte Folge von Bildern
der Kamera betrachtet werden, wenn die beobachteten Fasern scharf gesehen werden sollen.
Bei dem neuen Verfahren ist es jedoch bevorzugt, wenn ein Ausgangssignal allenfalls
zusätzlich für eine visuelle Faseranalyse auf einem Bildschirm dargestellt wird.
[0009] Bevorzugt ist es, wenn das Ausgangssignal der Kamera einer automatischen Bildverarbeitung
zugeführt wird, die die Faserqualität fortlaufend analysiert.
[0010] Wenn bei dem neuen Verfahren beispielsweise so genannte Splitter festgestellt werden,
kann der dem Blasrohr vorgeschaltete Aufschlussprozess so nachgefahren werden, dass
solche Splitter vermieden werden. Der Erfolg dieser Maßnahme wird durch die erfindungsgemäße
Beobachtung der Fasern im Blasrohr kurzfristig erfasst. Es liegt damit eine geschlossene
Regelschleife für den Aufschluss der Fasern vor. In Bezug auf die nachgeschaltete
Verarbeitung der Fasern können die durch die Beobachtung der Fasern in dem Blasrohr
gewonnenen Angaben zur Faserqualität genutzt werden, um die Beleimung und das Trocknen
der Fasern sowie das Ausbilden der Fasermatte und das Ausformen der Fasermatte zu
den gewünschten Formkörpern in Abhängigkeit von der festgestellten Faserqualität zu
optimieren. Dabei sind auch erhebliche Energieeinsparungen und Einsparungen an Bindemittel
gegenüber einem Verfahren möglich, bei dem die gewünschte Qualität des Endprodukts
ohne Kenntnis der aktuellen Faserqualität eingehalten wird, indem Sicherheitszuschläge
gemacht werden. So kann die eingesetzte Bindemittelmenge minimiert werden, wenn die
Fasern ideal vereinzelt sind, ohne dass dies negative Auswirkungen auf das Produkt
hat.
[0011] Wenn die Fasern bei dem neuen Verfahren in dem Blasrohr beleimt werden, geschieht
dies nach dem Beobachten der Faser mit der Kamera, damit das Blickfeld der Kamera
auf die Fasern nicht durch Bindemittelablagerungen beeinträchtigt wird.
[0012] Vorzugsweise werden die Fasern in dem Blasrohr mit der Kamera durch ein Fenster in
dem Blasrohr beobachtet. Das Fenster ist damit zwischen den Fasern und der Kamera
angeordnet und schützt die Kamera vor den Bedingungen in dem Blasrohr. Es ist aber
nicht so, dass ein solches Fenster binnen kurzer Zeiträume aufgrund der vorbeiströmenden
Fasern erblindet. Bei geeigneter Materialauswahl für das Fenster und geeigneter Anordnung
des Fensters, so dass dieses nicht direkt von den Fasern angeströmt wird, sind wirtschaftliche
Standzeiten des Fensters ohne weiteres zu erreichen.
[0013] Bei dem neuen Verfahren sind sehr kurze Belichtungszeiten der Kamera erforderlich,
um die sich schnell bewegenden Fasern scharf abzubilden. Dies erfordert relativ hohe
Lichtintensitäten, mit denen die Fasern beleuchtet werden müssen. Eine solche Beleuchtung
erfolgt typischerweise durch dasselbe Fenster, durch das die Fasern mit der Kamera
beobachtet werden, oder auch durch ein anderes Fenster. Dabei können die Fasern kontinuierlich
beleuchtet werden. Dann muss die kurze Verschlusszeit beim Abbilden der Faser durch
einen Verschluss der Kamera realisiert werden. Alternativ können die Fasern in dem
Blasrohr mit einer gepulsten Lichtquelle kurzzeitig beleuchtet werden, um auf dieses
Weise die notwendige kurze Belichtungszeit zu realisieren. Eine hierfür geeignete
Lichtquelle kann einen gepulsten Laser aufweisen.
[0014] Das Fenster der neuen Vorrichtung kann zylindermantelabschnittförmig sein und einen
kurzen Abschnitt der umlaufenden Wandung des Blasrohrs ausbilden. Das Fenster kann
aber auch so ausgebildet sein, dass es zur Reinigung oder zum Ersatz ohne größere
Manipulationen an dem Blasrohr, möglicherweise sogar während des Betriebs der Vorrichtung,
beispielsweise durch Verschieben oder Verdrehen einer größeren Scheibe, ausgewechselt
werden kann.
[0015] Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen,
der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibungseinleitung genannten
Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft
und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend
von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Weitere Merkmale sind
den Zeichnungen - insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen
mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung -
zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der
Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend
von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt.
Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind
oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen
unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen
aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
[0016] Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezug auf
die beigefügte Figur näher erläutert und beschrieben.
- Fig. 1
- zeigt schematischen den für die Erfindung wesentlichen Teil einer Vorrichtung zur
Herstellung von MDF.
FIGURENBESCHREIBUNG
[0017] Fig. 1 skizziert einen für die vorliegende Erfindung wesentlichen Teil einer Vorrichtung
1 zur Herstellung von mitteldichten Faserplatten (=MDF). In einer Aufschlusseinrichtung
2, die häufig einen so genannten Refiner aufweist, wird ein Ausgangsmaterial 3, das
Lignocellulose haltige Fasern aufweist, unter Anwesenheit von Wasser, d.h. feucht,
in die einzelnen Fasern aufgeschlossen. Am Ende des Aufschlusses werden die Fasern
durch eine Druckentspannung eines zuvor aufgebauten Drucks vereinzelt und treten in
einem Gasstrom, der im Wesentlichen aus verdampftem Wasser besteht, in ein Blasrohr
4 über. In dem Blasrohr 4 werden die Fasern 5, bevor sie in einen Trockner 6 eintreten,
in einer Beleimungsstation 7 mit Bindemittel 8 besprüht. An den Trockner 6 schließt
sich die Abtrennung der Fasern von dem Gasstrom, die Formung einer Fasermatte aus
den Fasern und dann das Ausformen der gewünschten Platten unter erhöhtem Druck und
erhöhter Temperatur sowie unter Aushärtung des Bindemittels 8 an. Die Qualität der
erhaltenen MDF hängt dabei von der Faserqualität der Fasern 5 ab. Um diese zu erfassen,
werden die Fasern 5 in dem Blasrohr 4 mit einer Kamera 9 durch ein Fenster 10 in dem
Blasrohr 4 beobachtet. Das Fenster 10 ist hier als Zylindermantelabschnitt 11 aus
Glas ausgebildet. Durch das Fenster 10 hindurch erfolgt auch eine Beleuchtung der
Fasern 5 mit einer außerhalb des Blasrohrs 4 angeordneten Lichtquelle 12. Die Kamera
9 ist eine an die Strömungsgeschwindigkeit der Fasern 5 durch das Blasrohr 4 angepasste
Hochgeschwindigkeitskamera, die entweder einen extrem schnellen Verschluss aufweist
oder mit einer gepulsten Lichtquelle 12 synchronisiert ist. Ein Ausgangssignal 13
der Kamera 9 kann über einen Framegrabber 14 auf einem Bildschirm 15 dargestellt werden.
Vornehmlich ist aber keine visuelle Analyse der Faserqualität der Fasern 5 vorgesehen,
sondern eine automatische Ermittlung der Faserqualität in einer Bildverarbeitungseinrichtung
16. Die Bildverarbeitungseinrichtung 16 stellt beispielsweise das Vorliegen und die
Anzahl so genannter Splitter bei den Fasern fest und gibt dieses und andere Qualitätskriterien
17 an eine Steuer- und Regeleinrichtung 18 weiter. Die Steuer- und Regeleinrichtung
18 regelt beispielsweise in Abhängigkeit von den Qualitätskriterien 17 mit einem Regelsignal
19 die Aufschlusseinrichtung 2, um eine gewünschte Faserqualität der Fasern 5 einzuhalten.
Alternativ oder zusätzlich steuert sie über ein Steuersignal 20 den Trockner 6 oder
weitere nachgeschaltete Einrichtungen, die zur Verarbeitung der Fasern 5 vorgesehen
sind, um diese in Abhängigkeit von der aktuellen Qualität der Fasern 5 mit optimaler
Einstellung zu fahren. So kann bei den hergestellten MDF mit nach den Umständen minimalem
Einsatz an Energie und Bindemittel eine gewünschte Produktqualität zuverlässig eingehalten
werden. Auch der Ausstoß der Vorrichtung 1 kann auf dieses Weise unter Berücksichtigung
der für die Qualität der MDF notwendigen Faserqualität der Fasern 5 maximiert werden.
Einstellungen der Aufschlusseinrichtung 2, auf die das Regelsignal 19 einwirken kann,
sind beispielsweise der Mahlplattenabstand des Refiners, die Temperatur und/oder die
Verweildauer in einem dem Refiner vorgeschalteten Kocher. Neben dem Trockner kann
das Steuersignal 20 nicht nur diesem nachgeschaltete Einrichtungen sondern auch die
Beleimungsstation 7 und dort konkret die relative Menge des eingesetzten Bindemittels
8 einstellen. Die zur Analyse der Faserqualität der Fasern 5 notwendige Bildverarbeitung
in der Bildverarbeitungseinrichtung 16 geht nicht über die Fachkenntnisse eines Fachmanns
auf dem Gebiet der Bildverarbeitung hinaus. Überdies arbeiten bereits bekannte Vorrichtungen
zur Bestimmung der Faserqualität auf der Basis von Bildverarbeitung, wobei allerdings
die zugrunde liegenden Bilder von einer sehr kleinen Stichprobe von aus dem Produktionsprozess
entfernten Fasern stammen.
BEZUGSZEICHENLISTE
[0018]
- 1
- Vorrichtung
- 2
- Aufschlusseinrichtung
- 3
- Ausgangsmaterial
- 4
- Blasrohr
- 5
- Fasern
- 6
- Trockner
- 7
- Beleimungsstation
- 8
- Bindemittel
- 9
- Kammer
- 10
- Fenster
- 11
- Zylindermantelabschnitt aus Glas
- 12
- Lichtquelle
- 13
- Ausgangssignal
- 14
- Frame-Grabber
- 15
- Pilzschirm
- 16
- Bildverarbeitungseinrichtung
- 17
- Qualitätskriterium
- 18
- Steuer- und Regeleinrrichtung
- 19
- Regelsignal
- 20
- Steuersignal
1. Verfahren zur Herstellung von Formkörpern, insbesondere Platten, aus Lignocellulose
haltigen Fasern, bei dem die Fasern aus einem Ausgangsmaterial feucht aufgeschlossen
werden und dann mit einem Gasstrom durch ein Blasrohr gefördert werden, bevor sie
getrocknet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (5) in dem Blasrrohr (4) mit einer Kamera (9) beobachtet werden, um die
Faserqualität der aufgeschlossenen Fasern (5) fortlaufend zu analysieren.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ausgangssignal (13) der Kamera (9) einer automatischen Bildverarbeitung zugeführt
wird, die die Faserqualität fortlaufend automatisch analysiert.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von der analysierten Faserqualität der Fasern (5) der Aufschluss
der Fasern (5) geregelt und/oder die Weiterverarbeitung der Fasern (5) gesteuert wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (5) nach dem Beobachten mit der Kamera (9) in dem Blasrohr (4) beleimt
werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (5) mit der Kamera (9) durch ein Fenster (10) in dem Blasrohr (4) beobachtet
werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (5) in dem Blasrohr (4) durch das Fenster (10) oder ein anderes Fenster
beleuchtet werden.
7. Vorrichtung zum Herstellen von Formkörpern, insbesondere Platten, aus Lignocellulose
haltigen Fasern, mit einer Aufschlusseinrichtung zum Aufschließen der Fasern aus einem
Ausgangsmaterial und mit einem die aufgeschlossenen Fasern in einem Gasstrom aufnehmenden
und zu einem Trockner führenden Blasrohr, dadurch gekennzeichnet, dass das Blasrohr (4) ein Fenster (10) aufweist, durch das eine Kamera (9) die Fasern
(5) in dem Blasrohr (4) beobachtet, um die Faserqualität der Fasern (5) in dem Blasrohr
(4) zu analysieren.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera (9) an eine Bildverarbeitungseinrichtung (16) angeschlossen ist, die die
Faserqualität der Fasern (5) fortlaufend automatisch analysiert.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildverarbeitungseinrichtung (16) an eine Regelung (18) für den Aufschluss der
Fasern (5) und/oder eine Steuerung (18) für die Weiterverarbeitung der Fasern (5)
angeschlossen ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Fenster (10) stromauf einer Beleimungsstation (7) in dem Blasrohr (4) vorgesehen
ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Fenster (10) zylindermantelabschnittförmig ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lichtquelle (12) zur Beleuchtung der Fasern (5) in dem Blasrohr (4) durch da
Fenster (10) oder ein anderes Fenster vorgesehen ist.