Verfahren zur Regelung des Schrumpfungs-Querprofils in einer Papiermaschine

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Schrumpfungsquerprofils (1) einer laufenden Materialbahn aus Papier oder Karton mit mindestens den folgenden Verfahrensschritten:

• Messung des Flächengewichtsquerprofils der Materialbahn,
• Bestimmung der Regelgrößen zur Anpassung des Flächengewichts in N Sektionen über die Maschinenbreite an Hand eines Soll-Profils für das Flächengewicht und
• Betätigung von Aktuatoren (6) zur Anpassung des Flächengewichtsquerprofils.

Die Erfindung ist durch die folgenden Verfahrensschritte gekennzeichnet:

• Berechnung des Schrumpfungsquerprofils (1) durch On-Line-Mapping des Flächengewichtsquerprofils,
• Bestimmung der Regelgrößen zur Beeinflussung der Schrumpfung in M Sektionen über die Maschinenbreite an Hand eines Soll-Profils für die Schrumpfung und
• Betätigung von Aktuatoren (6) zur Anpassung des Schrumpfungsquerprofils (1).

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Schrumpfungsquerprofils einer laufenden Materialbahn aus Papier oder Karton gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

[0002] Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 37 15 551 A1 ist ein Verfahren zur Verringerung des Flatterns der Bahnränder einer Materialbahn aus Papier oder Karton (Vergleichmäßigung des Eigenschaftsquerprofils) sowie eine Papiermaschine zur Durchführung dieses Verfahrens bekannt. Gemäß dieser Offenlegungsschrift wird vorgeschlagen, im Randbereich der herzustellenden Materialbahn eine Stoffsuspension mit höherem Festigkeitspotential als im übrigen Bahnbreitenbereich zu verwenden. Bezüglich der Papiermaschine wird vorgeschlagen, dass im Stoffauflauf zusätzlich Leitungen vorgesehen sind, welche die höherwertige Stoffsuspension in den Seitenbereichen des Stoffauflaufes zuführen.

[0003] Trotz dieser seitlichen Zuführung von unterschiedlichen Stoffsuspensionen oder unterschiedlichen Zusätzen zur Stoffsuspension ergibt sich für die entstehende Materialbahn eine unterschiedliche Schrumpfung über die Breite der Materialbahn. In der Regel schrumpfen die Ränder in der Folge der weiteren Bearbeitung in der Papiermaschine stärker, als die mittleren Bereiche der Materialbahn. Allerdings kann auch durch unterschiedlich schnelle Trocknung oder durch unterschiedliche Bearbeitung über die gesamte Materialbahn ein unterschiedliches Schrumpfungsverhalten über die gesamte Breite der Materialbahn entstehen. Somit ist das Problem der ungleichmäßigen Schrumpfung nicht nur auf die Ränder der Materialbahn begrenzt.

[0004] Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren bei der Herstellung einer laufenden Materialbahn aus Papier oder Karton darzustellen, welches eine Vergleichmäßigung des Schrumpfungsverhaltens der Materialbahn aus Papier oder Karton über die gesamte Breite bewirkt.

[0005] Die Erfinder haben erkannt, dass sich aufgrund des unterschiedlichen Schrumpfungsverhaltens der Materialbahn über die Breite auch andere, wesentliche für eine gute Materialbahnqualität notwendige Qualitätskriterien, zum Beispiel die Oberflächenrauhigkeit oder die Festigkeitswerte usw., über die Breite der Materialbahn je nach Schrumpfungsquerprofil verändern. Es soll also durch die Vergleichmäßigung des Schrumpfungsverhaltens der Materialbahn nicht nur das Schrumpfungsverhalten selbst, sondern auch die damit korrelierten Eigenschaftsparameter der Materialbahn über die gesamte Bahnbreite vergleichmäßigt werden.

[0006] Demgemäß werden zusätzlich zu den bekannten Verfahrensschritten zur Regelung des Flächengewichtsquerprofils mit den Verfahrensschritten nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 die folgenden Verfahrensschritte vorgeschlagen:

• Berechnung des Schrumpfungsquerprofils durch On-Line-Mapping des Flächengewichtsquerprofils,
• Bestimmung der Regelgrößen zur Beeinflussung der Schrumpfung in M Sektionen über die Maschinenbreite an Hand eines Soll-Profils für die Schrumpfung und
• Betätigung von Aktuatoren zur Anpassung des Schrumpfungsquerprofils. Bezüglich des an sich bekannten On-Line-Mappings wird auf den Artikel "Voraussetzungen für eine erfolgreiche Installation" in "Das Papier", 6/1998, 344-354, insbesondere Kapitel 6, hingewiesen und insbesondere dessen Offenbarungsgehalt zum On-Line-Mapping mit in diesen Inhalt aufgenommen.

[0007] Alternativ zur rechnerischen Bestimmung des Schrumpfprofils werden die folgenden Verfahrensschritte vorgeschlagen:

• Messung einer mit der Schrumpfung korrelierenden Größe,
• Berechnung des Schrumpfungsquerprofils durch Korrelation zwischen der gemessenen Größe und der Schrumpfung,
• Bestimmung der Regelgrößen zur Beeinflussung der Schrumpfung in M Sektionen über die Maschinenbreite an Hand eines Soll-Profils für die Schrumpfung und
• Betätigung von Aktuatoren zur Anpassung des Schrumpfungsquerprofils.

[0008] Zusätzlich besteht auch die Möglichkeit, die oben genannten Verfahren zu kombinieren und demgemäß die folgenden Verfahrensschritte durchzuführen:

• Berechnung des Schrumpfungsquerprofils durch On-Line-Mapping des Flächengewichtsquerprofils, und zusätzlich
• Messung einer mit der Schrumpfung korrelierenden Größe und
• Berechnung des Schrumpfungsquerprofils durch Korrelation zwischen der gemessenen Größe und der Schrumpfung,
• Bestimmung eines gewichteten Schrumpfungsquerprofils aus dem gemessenen und dem berechneten Schrumpfungsquerprofil,
• Bestimmung der Regelgrößen zur Beeinflussung der Schrumpfung in M Sektionen über die Maschinenbreite an Hand eines Soll-Profils für die Schrumpfung und
• Betätigung von Aktuatoren zur Anpassung des Schrumpfungsquerprofils.

[0009] Es ist darauf hinzuweisen, dass das erfindungsgemäße Verfahren sowohl mit einen Stoffauflauf mit Verdünnungswasserregelung als auch mit einem Stoffauflauf mit verstellbarer Blende durchführbar ist. Bei einem verdünnungswassergeregelten Stoffauflauf bestehen die Aktuatoren für die Regelung des Flächengewichtquerprofils meist aus Ventilen zur Steuerung der Verdünnungsströme. Bei blendengeregelten Stoffaufläufe stellen im Regelfall die Verstellspindeln der Stoffauflaufblende diese Aktuatoren für die Regelung des Flächengewichtsquerprofils dar.

[0010] In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der dargestellten Regelverfahren kann im Profilregel-Algorithmus eine Entkoppelung zwischen Flächengewichtsquerprofil und Schrumpfungsquerprofil durchgeführt werden, so dass die gegenseitigen Beeinflussungen der Regelungen der Querprofile zumindest in erster Ordnung vermieden werden.

[0011] Als zu messende Größe, die mit der Schrumpfung korreliert und über die das Schrumpfungsquerprofil indirekt gemessen beziehungsweise bestimmt wird, eignen sich besonders die Glätte und/oder die Festigkeit der erzeugten Materialbahn aus Papier oder Karton. Allerdings können auch andere der Messung zugängliche Eigenschaftsgrößen der Materialbahn verwendet werden.

[0012] Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.

[0013] Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Es stellen dar:

Figur 1:

Typisches Schrumpfungsquerprofil einer Materialbahn aus Papier oder Karton;

Figur 2:

Schrumpfungsquerprofil nach erfindungsgemäßer Beeinflussung des sektionalen Schrumpfungsverhaltens durch sektionale Zusammensetzungsänderung des Stoffsuspension;

Figur 3:

Erfindungsgemäße Regelung des Schrumpfungsquerprofils einer laufenden Materialbahn;

Figur 4:

Stoffauflauf nach dem Verdünnungswasserprinzip;

Figur 5:

Anfangsbereich einer Papiermaschine mit primärem und sekundärem Stoffauflauf;

Figur 5a:

Ansicht A aus Figur 5; und

Figur 6:

Anfangsbereich einer Papiermaschine mit Spritzrohr zu Auftragen von schrumpfungsbeeinflussenden Mitteln.

[0014] Die Figur 1 zeigt ein typisches Schrumpfungsquerprofil 1 einer Materialbahn aus Papier oder Karton. Die Randbereiche B₁ und B₃ sind durch hohe Schrumpfungsgradienten und hohe Absolutwerte der Schrumpfung ε₂ gekennzeichnet. Im mittleren Bereich B₂ liegt die Schrumpfung auf einem relativ niedrigem Niveau und verläuft nahezu gerade und horizontal. Dieser Schrumpfungsverlauf ist zwar typisch für viele Papiersorten, jedoch treten daneben noch viele andere Formen von Schrumpfungsquerprofilen auf. Diese sind von vielen Parametern, wie zum Beispiel der Papiersorte und der Gestaltung der Verfahrensschritte bei der Papierherstellung - zum Beispiel dem Trocknungsprozess - abhängig. Beispielsweise können auch Schrumpfungsquerprofile mit asymmetrischem Verlauf oder mit nichtlinearem Verlauf im mittleren Bereich B₂ der Materialbahn auftreten.

[0015] Die Figur 2 zeigt ein Schrumpfungsquerprofil 1, nachdem in den Randbereichen B₁ und B₃ der Materialbahn der Anteil der Fasern mit kleinerer Schrumpfungsneigung erhöht wurde - oder - der Anteil der Fasern mit größerer Schrumpfungsneigung reduziert wurde, während die Zusammensetzung der Stoffsuspension im mittleren Bereich B₂ der Materialbahn unverändert geblieben ist. Hierbei kann es, zur Erreichung eines möglichst linearen Verlaufes der Schrumpfung, auch notwendig sein, die Randbereiche B₁ und B₃ über die Breite zu sektionieren und die Beeinflussung der Schrumpfung in den Sektionen unterschiedlich stark zu betreiben.

[0016] Die Figur 3 zeigt eine beispielhafte Regelung des Schrumpfungsquerprofils an einer Papiermaschine. Auf der linken Seite ist sehr schematisch der Herstellungsgang der Materialbahn gezeigt, die im Laufe des Herstellungsverfahrens eine Schrumpfung erfährt und letztendlich zum Rollapparat geführt wird. Der Stoffauflauf 2 ist hier beispielhaft mit einer an sich bekannten Verdünnungswasserregelung, beispielsweise gemäß der deutschen Offenlegungsschrift DE 40 19 593 A1, zur Anpassung des atro-Flächengewichtsquerprofils ausgestattet. Diese weist vor dem Rollapparat einen maschinenbreiten Scanner auf, der das atro/Flächengewichtsquerprofil misst, einem Profilregel-Algorithmus zuleitet und die Aktuatoren, hier N Ventile 6 der Verdünnungswasserzuführung mit N Sektionen, betätigt.

[0017] Erfindungsgemäß ist diese Regelung erweitert, indem das Ist-Profil der Schrumpfung (Schrumpfungsquerprofil) über ein an sich bekanntes On-Line-Mapping berechnet wird und mit einem Soll-Profil für die Schrumpfung verglichen wird. Der Profilregel-Algorithmus bestimmt dann die notwendigen Korrekturen und beeinflusst über den Aktuator-Stellungsregler die Aktuatoren zur Schrumpfungsbeeinflussung, die hier in Form von Ventilen 6 in den M Sektionen des Zufuhrstränge für die schrumpfungsbeeinflussende Flüssigkeit verwirklicht sind.

[0018] Die Anzahl der N Sektionen der Verdünnungswasserregelung und der M Sektionen der Schrumpfungsregelung sind im vorliegenden Beispiel gleich, können jedoch auch unterschiedlich ausfallen. Insbesondere kann es vorteilhaft sein, die Sektionen zur Schrumpfungsregelung im Randbereich feiner zu unterteilen als im mittleren Bereich der Materialbahn.

[0019] Durch Veränderungen bei der Zugabe von schrumpfungsbeeinflussender Suspensionen verändert sich auch zwangsläufig das Flächengewichtsprofil. Da diese Veränderungen sowohl bezüglich ihrer Sektion als auch ihrer Größe vorbestimmt werden können, lässt sich eine Kompensation des erwarteten Flächengewichtsfehlers bereits im Vorgriffsverfahren durchführen. Das gleiche Prinzip ist auch umgekehrt anwendbar. In der Figur ist diese Kompensationsmöglichkeit durch den Entkopplungskreis zwischen den beiden Profilregelkreisen dargestellt. Auf diese Weise erhält man eine weitgehende Unabhängigkeit zwischen der Flächengewichtsregelung und der Schrumpfungsregelung.

[0020] Zusätzlich ist in der Figur 3 gestrichelt eine Möglichkeit der indirekten Messung des Schrumpfungsquerprofils durch Messung einer Größe dargestellt, die mit der Schrumpfung korreliert. Beispielsweise kann hierfür die Glätte/Oberflächenrauhigkeit und/oder die Festigkeit der Materialbahn genutzt werden. Im Regelverfahren kann dieses gemessene Profil nun direkt und alleine oder in Verbindung mit dem berechneten Schrumpfungsprofil verwendet werden. Werden beide Profile zur Regelung herangezogen, so kann durch eine entsprechende Richtung eine Optimierung des Regelmechanismus durchgeführt werden.

[0021] Die Figur 4 zeigt beispielhaft einen Stoffauflauf nach dem Verdünnungswasserprinzip für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wie er beispielhaft in der bereits erwähnten deutschen Offenlegungsschrift DE 40 19 593 A1 beschrieben ist. Neben den Hoch- und Niederkonsistenz-Teilströmen Q_H und Q_L wird vor dem Turbulenzerzeuger an mehreren Zufuhrstellen 7, über die Stoffauflaufbreite verteilt, die schrumpfungsbeeinflussende Suspension Q_F zugeführt. Diese schrumpfungsbeeinflussende Suspension Q_F enthält Fasern, die sich in ihrem Schrumpfungsverhalten von den Fasern unterscheiden, die in der Suspension Q_H enthalten sind. Besitzen zum Beispiel die Fasern in Q_F eine geringere Schrumpfungsneigung als diejenigen in Q_H, so kann das in Figur 1 dargestellte Schrumpfungsquerprofil 1 dadurch verbessert werden, dass an den Rändern der sektionale Volumenstrom von Q_F erhöht würde.

[0022] Die Zufuhrstellen 7 für Q_F können gleichmäßig oder ungleichmäßig - zum Beispiel nur an den Rändern - über die Stoffauflauf-Breite verteilt sein. Die Geometrie der Zuführung für Q_F kann vorzugsweise so gestaltet sein, dass der sektionale Gesamtvolumenstrom am Austritt der Düse trotz Variation von Q_F konstant bleibt. Eine derartige Ausgestaltung eines Stoffauflaufes ist in der deutschen Offenlegungsschrift DE 42 11 291 A1 ausführlich beschrieben. Zum Verteilen der Suspensionen über die Stoffauflaufbreite können Querverteilrohre oder auch Zentralverteiler eingesetzt werden.

[0023] Die Figur 5 zeigt den Anfangsbereich einer Papiermaschine mit einem primären Stoffauflauf 2, der Stoffsuspension auf ein Sieb 11 aufträgt. Das Sieb 11 wird über Walzen 12 umgelenkt und die Entwässerung der Stoffsuspension findet in bekannter Weise über Entwässerungselemente 13, bestehend aus Saugkästen und Entwässerungsleisten, statt. Anschließend an den primären Stoffauflauf 2 ist ein sekundärer Stoffauflauf 2.1 vorgesehen, über den die schrumpfungsbeeinflussende Stoffsuspension Q_F sektionsweise über die Maschinenbreite dosiert auf die bereits bestehende Stoffsuspensionslage aufgebracht werden kann.
Die Figur 5a zeigt die Ansicht A aus der Figur 5, in der der sekundäre Stoffauflauf 2.1 dargestellt ist. Der Sekundärstoffauflauf weist einen Querverteiler 3.1 auf, über den die schrumpfungsbeeinflussende Stoffsuspension Q_F maschinenbreit der ersten Kammer 8.1 des Stoffauflaufes 2.1 zugeführt wird. Zwischen dem Verteiler 3.1 und der ersten Kammer 8.1 des Stoffauflaufes 2.1 ist eine Vielzahl von Ventilen 6 zwischengeschaltet, die eine dosierte und über die Maschinenbreite sektionierte Zuführung der schrumpfungsbeeinflussenden Suspension Q_F ermöglicht. Im Anschluss an die erste Kammer 8.1 des Stoffauflaufes ist in bekannter Weise ein Turbulenzerzeuger 9.1 und eine anschließende Düse 10.1 dargestellt.

[0024] Die Figur 6 zeigt in räumlicher Darstellung den Beginn einer Langsieb-Papiermaschine mit einem Stoffauflauf 2, zu dem die hoch- und niederkonsistenten Stoffsuspensionsströme Q_H und Q_L zugeführt werden. Der Stoffauflauf 2 verteilt die Stoffsuspension gleichmäßig über das Sieb 11. Das Sieb 11 wird über mehrere Walzen 12 umgelenkt und anschließend an den Stoffauflauf 2 sind Entwässerungselemente 13 vorgesehen, welche die auf dem Sieb 11 liegende Faserstofflage entwässert. In Maschinenrichtung gesehen hinter dem Stoffauflauf 2 ist ein quer über die Maschinenbreite verlaufendes Spritzrohr 17 vorgesehen. Dem Spritzrohr 17 wird die schrumpfungsbeeinflussende Stoffsuspension Q_F zugeführt, die ein Faserstoffgemisch enthält, welches sich bezüglich seiner Schrumpfungstendenz von dem Faserstoffgemisch der Stoffsuspension Q_H unterscheidet, beziehungsweise können über dieses Spritzrohr 17 auch direkt schrumpfungsbeeinflussende Substanzen, wie beispielsweise (CMC = Carboxymethyl Cellulose), Nassfestmittel oder ähnliches zugeführt werden. Das Spritzrohr 17 weist mehrere Spritzdüsen 15 und 16 auf, die hier beispielhaft ausschließlich an den Rändern der Materialbahn angeordnet sind und somit ausschließlich die Ränder der Materialbahn mit der schrumpfungsbeeinflussenden Suspension Q_F besprühen. Auch liegt der Einsatz von Fasern beziehungsweise Fasergemischen, deren Ausgangsstoff nicht Holz ist, - wie beispielsweise Kunststofffasern - im Rahmen der Offenbarung.

[0025] Mit dem oben beschriebenen Verfahren und den in den Figuren dargestellten Vorrichtungen ist es nun möglich, bei der Herstellung einer laufenden Materialbahn aus Papier oder Karton eine Vergleichmäßigung des Schrumpfungsverhaltens der Materialbahn über die gesamte Bahnbreite zu bewirken.

Bezugszeichenliste

[0026] 

1

Schrumpfungsquerprofil

2

(Primärer) Stoffauflauf

2.1

(Sekundärer) Stoffauflauf

3

Verteiler

3.1

Querverteiler

4

Behälter

5

Verbindungsleitung

6

Aktuator (Ventil)

7

Zufuhrstelle

8, 8.1

Erste Kammer

9, 9.1

Turbulenzerzeuger

10, 10.1

Düse

11

Sieb

12

Walze

13

Entwässerungselement

15, 16

Spritzdüse

17

Spritzrohr

18

Schrumpfungsbeeinflussende Flüssigkeitszufuhr

19

Verdünnungswasserzufuhr

20

Stoffsuspensionszufuhr

B₁, B₃

Randbereich

B₂

Mittlerer Bereich

M

Anzahl der Sektionen (Schrumpfung)

N

Anzahl der Sektionen (Flächengewicht)

Q_F

Schrumpfungsbeeinflussende Stoffsuspension

Q_H

Hochkonsistente Stoffsuspension (Teilströme)

Q_L

Niederkonsistente Stoffsuspension (Teilströme)

ε

Schrumpfung

Ansprüche

1. Verfahren zur Regelung des Schrumpfungsquerprofils (1) einer laufenden Materialbahn aus Papier oder Karton mit mindestens den folgenden Verfahrensschritten:

1.1 Messung des Flächengewichtsquerprofils der Materialbahn,

1.2 Bestimmung der Regelgrößen zur Anpassung des Flächengewichts in N Sektionen über die Maschinenbreite an Hand eines Soll-Profils für das Flächengewicht und

1.3 Betätigung von Aktuatoren (6) zur Anpassung des Flächengewichtsquerprofils,
gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

1.4 Berechnung des Schrumpfungsquerprofils (1) durch On-Line-Mapping des Flächengewichtsquerprofils,

1.5 Bestimmung der Regelgrößen zur Beeinflussung der Schrumpfung in M Sektionen über die Maschinenbreite an Hand eines Soll-Profils für die Schrumpfung und

1.6 Betätigung von Aktuatoren (6) zur Anpassung des Schrumpfungsquerprofils (1).

2. Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1,
gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

2.1 Messung einer mit der Schrumpfung korrelierenden Größe,

2.2 Berechnung des Schrumpfungsquerprofils (1) durch Korrelation zwischen der gemessenen Größe und der Schrumpfung,

2.3 Bestimmung der Regelgrößen zur Beeinflussung der Schrumpfung in M Sektionen über die Maschinenbreite an Hand eines Soll-Profils für die Schrumpfung und

2.4 Betätigung von Aktuatoren (6) zur Anpassung des Schrumpfungsquerprofils (1).

3. Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1,
gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

3.1 Berechnung des Schrumpfungsquerprofils (1) durch On-Line-Mapping des Flächengewichtsquerprofils, und zusätzlich

3.2 Messung einer mit der Schrumpfung korrelierenden Größe und

3.3 Berechnung des Schrumpfungsquerprofils (1) durch Korrelation zwischen der gemessenen Größe und der Schrumpfung,

3.4 Bestimmung eines gewichteten Schrumpfungsquerprofils (1) aus dem gemessenen und dem berechneten Schrumpfungsquerprofil (1),

3.5 Bestimmung der Regelgrößen zur Beeinflussung der Schrumpfung in M Sektionen über die Maschinenbreite an Hand eines Soll-Profils für die Schrumpfung und

3.6 Betätigung von Aktuatoren (6) zur Anpassung des Schrumpfungsquerprofils (1).

4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass im Profilregel-Algorithmus eine Entkoppelung zwischen Flächengewichtsquerprofil und Schrumpfungsquerprofil (1) durchgeführt wird.

5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass als zu messende Größe, die mit der Schrumpfung korreliert, die Glätte und/oder die Festigkeit verwendet wird.

Zeichnung