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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung eines Qualitätsparameters einer laufenden Materialbahn, insbesondere einer Faserstoffbahn.
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Bei der Herstellung von Faserstoffbahnen wie beispielsweise Papierbahnen ist es insbesondere in modernen Maschinen von großer Wichtigkeit, dass wichtige Qualitätseigenschaften der Papierbahn bereits während des Herstellungsprozesses ermittelt werden. Nur wenn der Betreiber laufend über die Qualität seines Produktes informiert ist, kann er im Falle von Abweichungen vom festgelegten Sollwert schnell korrigierend eingreifen.
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In den vergangenen Jahren ist in der Papierindustrie die Produktionsgeschwindigkeit kontinuierlich gestiegen. Bei Geschwindigkeiten von bis zu 2000 m/min besteht die Gefahr, dass der Produktionsprozess durch einen Messung gestört wird, insbesondere wenn zur Messung die Materialbahn berührt werden muss.
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Ein Beispiel hierfür ist die Messung der Dicke der Papierbahn. Eine sehr genau Bestimmung dieser Dicke ist seit langen in Form von Dickensensoren bekannt, die zur Messung jedoch die Materialbahn berühren. Durch diese Messung kommt es zu leichten Beschädigungen der Materialbahn, welche zum einen die Produktqualität beinträchtigen, da sie im fertigen Produkt erkennbar sind. Außerdem verschmutzen solche Sensoren sehr schnell durch angelagerte Bestandteile der Faserstoffbahn. Dies bedingt einen erhöhten Reinigungsaufwand. Zudem kann die Bahn auch durch herabfallende Schmutzklumpen beschädigt werden.
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Zur Vermeidung dieser Probleme wurden in der Vergangenheit berührungslose Dickensensoren entwickelt. Solche Sensoren sind beispielsweise in den Schriften
WO 2015/131264 sowie
WO 2014/191626 beschrieben. Solche Sensoren vermeiden zwar eine Berührung der Papierbahn. Allerdings haben sich diese Sensoren als deutlich ungenauer erwiesen, als die berührenden Sensoren.
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Die Aufgabe der vorlegenden Erfindung ist es, die Ermittlung von Qualitätsparametern wie z.B. der Dicke zu ermöglichen, die hinreichend genau ist und gleichzeitig mit weniger Beschädigungen auskommt.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen genauen Sensor mit geringer Verschmutzungsneigung vorzuschlagen
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung entsprechend Anspruch 1 sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 7 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale der erfindungsgemäßen Ausführung finden sich in den Unteransprüchen.
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Hinsichtlich der Vorrichtung wird die Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Qualitätsparameters einer laufenden Materialbahn, insbesondere einer Faserstoffbahn, welche einen Sensor zur Messung des Qualitätsparameters zu diskreten Messzeitpunkten, sowie einen elektronischen Datenspeicher, auf dem eine oder mehrere weitere Kenngrößen der Faserstoffbahn und/oder ihrer Herstellung abgelegt sind umfasst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen dass die Vorrichtung weiterhin eine Recheneinrichtung aufweist, die dazu eingerichtet ist, einen Schätzwert für den Qualitätsparameter zum aktuellen Zeitpunkt zu bestimmen unter Verwendung der Sensorwerte von einem oder mehreren Messzeitpunkten sowie Werten zumindest einer weiteren Kenngröße.
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Insbesondere kann eine solche Vorrichtung Teil einer Anlage zur Herstellung oder Verarbeitung einer Faserstoffbahn, speziell einer Papier-, Karton- oder Tissuebahn sein.
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Der Begriff diskreter Messzeitpunkt soll im Rahmen dieser Anmeldung so verstanden werden, dass er den Zeitraum beschreibt, den der Sensor bei bestimmungsgemäßem Gebrauch für eine Messung des Qualitätsparameters benötigt. Ein solcher Zeitraum beträgt üblicherweise wenige Sekunden, insbesondere weniger als eine Minute, und ist damit sehr kurz im Vergleich zu einer kontinuierlichen Messung. Die rechtfertigt die Verwendung des Begriffs Zeitpunkt.
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Mittels dieser Vorrichtung ist es nun möglich, an vergleichsweise wenigen diskreten Messzeitpunkten sehr genaue Sensormessungen durchzuführen. Für die Zeiten zwischen den Sensormessungen kann auf Bass der vorliegenden weiteren Kenngrößen eine Schätzung für den aktuellen Wert des Qualitätsparameters ermittelt werden. Derartige Schätzungen können deutlich genauere Werte liefern, als alternative berührungslose Sensoren.
Hierbei kann man sich die Tatsache zunutze machen, dass sich Störungen im Prozess, welche sich auf den Qualitätsparameter auswirken, auch auf andere Kenngrößen der Materialbahn auswirken. Viele dieser Kenngrößen können aber auch mit hoher Genauigkeit berührungslos gemessen werden.
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Durch die im Vergleich zur Dauermessung des Sensors sehr kurze Messzeit wird auch die Verschmutzung des Sensors und damit auch der benötigte Reinigungsaufwand massiv reduziert.
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Weitere vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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So ist es insbesondere vorteilhaft, wenn es sich bei dem Sensor um einen berührenden Sensor handelt, welcher bei der Messung die Materialbahn an zumindest einer, insbesondere beiden Seiten berührt.
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In besonders bevorzugten Ausführungen kann vorgesehen sein, dass es sich bei dem Qualitätsparameter der Materialbahn um die Dicke der Bahn handelt.
Wie bereits erwähnt, ist die berührende Dickenmessung im Vergleich zu den bekannten berührungslosen Verfahren sehr genau, jedoch neigen diese Sensoren zur Verschmutzung. Zudem führen die Messungen zu leichten Beschädigungen der Materialbahn, welche einen Qualitätsmangel des Produkts darstellen. Daher ist die Vorrichtung gerade für diese Anwendung besonders vorteilhaft.
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Es kann vorteilhaft sein, wenn die weiteren Kenngrößen zumindest eine Größe aus der Gruppe Flächengewicht, Feuchte, Aschegehalt, Farbe sowie Strichgewicht umfassen.
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Für diese Kenngrößen stehen berührungslose, meist radiometrische Messverfahren zur Verfügung, die in den meisten Anlagen zur Papierherstellung standardmäßig zur Verfügung stehen.
Insbesondere wenn es sich bei dem Qualitätsparameter um die Dicke der Materialbahn handelt, ist dies vorteilhaft, da diese Kenngrößen mit der Dicke in einem ursächlichen Zusammenhang stehen. So führt zum Beispiel das Ablegen von mehr Fasermaterial an einer Stelle sowohl zu einer Erhöhung der Dicke, als auch des Flächengewichtes. Somit ist es möglich, durch Kenntnis der Änderung dieser Kenngrößen eine sehr genaue Schätzung für die Änderung des Qualitätsparameters zu ermitteln. Die dynamische Entwicklung der Methoden zur Datenanalyse in den letzten Jahren hat dies noch weiter erleichtert.
Alternativ oder zusätzlich können die Kenngrößen auch Prozesskenngrößen umfassen. Beispiele für solche Prozesskenngrößen sind beispielsweise Maschinengeschwindigkeit, oder auch Einstellungen einer Presse und/oder eines Kalanders. Insbesondere sind hier Presslasten bzw. Kalanderlasten zu nennen.
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Dadurch, dass zu den diskreten Messzeitpunkten der Schätzwert mit dem korrekten, gemessenen Sensorwert abgeglichen werden kann, bleibt der ermittelte Schätzwert auch langfristig sehr genau.
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Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Sensor zur Messung des Qualitätsparameters über die Breitenrichtung der Materialbahn bewegbar ist. Damit ist es möglich, ein Querprofil des Qualitätsparameters zu bestimmen.
Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn auch für einige oder alle weiteren Kenngrößen Profilwerte auf dem elektronischen Datenspeicher abgelegt sind, und zur Ermittlung des Schätzwerts für den Qualitätsparameter zur Verfügung stehen.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Vorrichtung weiterhin einen Kalander umfasst, welcher dazu eingerichtet ist, die Dicke der Materialbahn zu beeinflussen. Ein solcher Kalander kann verwendet werden, um in Abhängigkeit vom ermittelten Schätzwert die Dicke der Materialbahn anzupassen.
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In einem solchen Fall kann es weiterhin vorteilhaft sein, wenn der Sensor in Laufrichtung der Materialbahn hinter dem Kalander vorgesehen ist. In dem Fall werden die Änderungen durch den Kalander in den Sensorwerten zu den diskreten Messzeitpunkten sichtbar.
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Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Bestimmung eines Qualitätsparameters einer laufenden Materialbahn, insbesondere einer Faserstoffbahn, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- a. Messung des Qualitätsparameters mittels eines Sensors an zumindest einem diskreten Messzeitpunkt
- b. Bereitstellen einer oder mehrerer weiterer Kenngrößen der Faserstoffbahn und/oder ihrer Herstellung.
- c. Bestimmung eines Schätzwerts für den Qualitätsparameter zum aktuellen Zeitpunkt Verwendung der Sensorwerte von einem oder mehreren Messzeitpunkten sowie Werten zumindest einer weiteren Kenngröße.
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Zur Durchführung eines solchen Verfahrens kann vorteilhafterweise eine Vorrichtung gemäß eines Aspekts der Erfindung verwendet werden.
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Weitere vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Es kann vorteilhaft sein, den bestimmten Schätzwert in einem elektronischen Datenspeicher abzulegen und/oder auf einer Anzeigeeinrichtung anzuzeigen.
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Wie bereits erwähnt kann es vorteilhaft sein, wenn Sensormesswerte für mehrere Positionen in Breitenrichtung der Materialbahn bereitgestellt werden, und mittels des Verfahrens ein Schätzwert für das Profil des Qualitätsparameters in Breitenrichtung ermittelt wird.
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Weiterhin kann beispielsweise auf Basis des ermittelten Schätzwerts eine Steuerung oder Regelung des Qualitätsparameters erfolgen.
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Als Stellglieder für den Qualitätsparameter, insbesondere wenn es sich um die Dicke handelt, können beispielsweise Einstellungen einer Presse oder eines Kalanders verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich können aber auch weitere Prozessgrößen verändert werden.
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In vorteilhaften Ausführungen kann die Messung des Qualitätsparameters zu a priori festgelegten Messzeitpunkten erfolgen, wobei insbesondere der zeitliche Abstand zwischen zwei Messzeitpunkten jeweils konstant sein kann.
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In anderen vorteilhaften Ausführungen kann vorgesehen sein, dass der zeitliche Abstand zweier diskreter Messzeitpunkte zueinander variabel ist, und der nächste Messzeitpunkt während der Laufzeit der Maschine in Abhängigkeit von Prozessparametern und/oder durch externe Events festgelegt wird.
Ein externer Event kann beispielsweise darin bestehen, dass der Betreiber aktiv eine erneute Messung auslöst.
Eine andere Möglichkeit für einen externen Event kann beispielsweise darin bestehen, dass eine Kenngröße der Faserstoffbahn oder des Prozesses einen Schwellwert überschreitet. Hier sind viele Möglichkeiten denkbar. Eine andere Möglichkeit, den Abstand zwischen zwei diskreten Messzeitpunkten zu verändern kann beispielsweise auch darin bestehen, dass eine neue Messung durchgeführt wird, sobald der Schätzwert des Qualitätsparameters von dem letzten Messwert um mehr als ein vorgegebenes Intervall abweicht. Es kann auch sinnvoll sein, wenn ein optischer und/oder akustischer Hinweis erfolgt, wenn der Schätzwert zu stark vom letzten Messwert abweicht. Auf Basis dieses Hinweises kann der Betreiber dann entscheiden, ob eine neue Sensormessung erfolgen soll, oder nicht.
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Die Abstände zwischen zwei diskreten Messpunkten sollten nicht zu lange sein, um eine genügende Genauigkeit der Schätzung zu gewährleisten. Der Abstand sollte aber auch nicht zu kurz sein, um die Vorteile der Erfindung voll nutzen zu können. Abstände zwischen 1 min und 90 min haben sich als vorteilhaft erwiesen, insbesondere 5 min, 10 min, 20 min, 30 min oder 45 min.
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Insbesondere kann es sinnvoll sein, dass die Zeiträume, in denen eine Messung, speziell eine berührende Messung erfolgt, nicht zu groß sind. So ist es vorteilhaft, wenn im Betrieb weniger als 50% der Zeit eine Messung erfolgt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn weniger als 10% der Zeit eine Messung erfolgt.
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Papier wird in einer Papiermaschine kontinuierlich produziert und auf Rollen, sogenannte Tamboure aufgewickelt. Beim Erreichen einer gewünschten Dicke wird der Tambour gewechselt und das Papier auf einen neuen Tambour aufgewickelt. Üblicherweise sind sowohl der Anfang eines solchen Tambours („Tambourkern“) als auch die zuletzt aufgewickelten Lagen Ausschuss.
Eine vorteilhafte Ausführung des Verfahrens ist es daher, die Messungen in einem kurzen Zeitraum vor und/oder nach dem Tambourwechsel durchzuführen. Ein solcher Zeitraum kann beispielsweise 10 Minuten oder weniger betragen, insbesondere 5 Minuten oder weniger, speziell weniger als 2 Minuten. Dies ist ein kurzer Zeitraum, verglichen mit der Produktionszeit für einen Tambour, die üblicherweise mehr als 30 Minuten beträgt, und bis zu 90 Minuten oder länger betragen kann. Zudem ist es bei dieser Variante unerheblich, ob durch die Messung die Materialbahn beschädigt wird, da dieser Teil der Bahn ohnehin als Ausschuss verworfen wird.
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Anhand eines Ausführungsbeispiels werden weitere vorteilhafte Ausprägungen der Erfindung erläutert Die genannten Merkmale können nicht nur in der dargestellten Kombination vorteilhaft umgesetzt werden, sondern auch einzeln untereinander kombiniert werden.
- 1 zeigt beispielhaft eine Vorrichtung zur Dickenmessung einer Papierbahn gemäß einem Aspekt der Erfindung
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Die Papierbahn 1 läuft in dem Beispiel der 1 in einer Papiermaschine. Die Figur zeigt einen Ausschnitt der Papierbahn, der sich zwischen einem Kalander 100 und einer Aufwicklung 200 befindet. Es ist ein Dickensensor 10 vorgesehen, welcher die Dicke der Materialbahn 1 misst, und dazu die Bahn 1 an der Oberseite berührt. Es ist auch denkbar, dass zur Dickenmessung die Bahn an der Unterseite oder sowohl an der Oberseite als auch an der Unterseite berührt werden muss.
Vorteilhafterweise kann der Sensor 10 in der Querrichtung der Bahn 1 beweglich angeordnet sein, womit eine Bestimmung des Dickenprofils der Bahn 1 möglich wird. Zu diskreten Messzeitpunkten führt der Sensor 10 jeweils eine Dickenmessung der Papierbahn 1 durch. Diese Messwerte werden an Rechnersystem 20 übermittelt und dort auf einem elektronischen Datenspeicher abgelegt. Das Rechnersystem 20 hat auch Zugriff auf andere Kenngrößen, insbesondere Flächengewicht, Feuchte, Aschegehalt, Farbe und/oder Strichgewicht. Diese Daten werden vorteilhafterweise mit geeigneten, hier nicht dargestellten Messsystemen im laufenden Betrieb der Maschine ermittelt. Aus den zu diskreten Messzeitpunkten gemessenen Werten für die Papierdicken und den verfügbaren weiteren Kenngrößen kann für den aktuellen Zeitpunkt ein Schätzwert für die Papierdicke ermittelt werden. Zur Ermittlung dieses Schätzwertes ist dann keine berührende Dickenmessung mehr erforderlich. Trotzdem können Schätzwerte mit hoher Genauigkeit errechnet werden. Diese Schätzwerte können dann beispielsweise für die Regelung der Dicke verwendet werden. Das Beispiel in 1 verwendet hierzu exemplarisch den Kalander 100. Dieser kann in Abhängigkeit vom ermittelten Schätzwert neu eingestellt werden, um die Dicke insgesamt oder in einzelnen Breitenbereichen der Papierbahn zu erhöhen oder zu erniedrigen.
Die Ausführung in 1 stellt lediglich ein Beispiel für eine mögliche Ausführung der dar. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Insbesondere können statt des Dickensensors auch Sensoren für andere Qualitätsparameter des Papiers eingesetzt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2015/131264 [0005]
- WO 2014/191626 [0005]
