DE4221395C2 - Verfahren zum zerstörungsfreien Bestimmen eines mit der breitenbezogenen Bruchkraft korrelierenden Kennwertes an einer laufenden Papierbahn - Google Patents
Verfahren zum zerstörungsfreien Bestimmen eines mit der breitenbezogenen Bruchkraft korrelierenden Kennwertes an einer laufenden PapierbahnInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein verfahren zum
zerstörungsfreien Bestimmen eines mit der
breitenbezogenen Bruchkraft korrelierenden
Kennwertes an einer laufenden Papierbahn nach dem
Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Unter dem Begriff "Papierbahn" sollen im Sinne
dieser Beschreibung auch Kartonbahnen und andere aus
bei der Papierherstellung üblichen Faser- und
Hilfsstoffen bestehende Materialbahnen verstanden
werden, sowie Materialbahnen, die in ihrem
mechanischen Verhalten bezüglich der in dieser
Beschreibung betrachteten Eigenschaften denjenigen
einer Papierbahn entsprechen. Unter
Papiererzeugungs- und -veredelungsmaschinen sollen
solche verstanden werden, in denen sich die
Papierbahn selbst in Herstellung befindet oder
zumindest noch Änderungen in ihren Eigenschaften
unterworfen ist. Bei den Veredelungsmaschinen können
dies beispielsweise Beschichtungsmaschinen sein.
Unter einer Klemmstelle in einer Maschine soll eine
Stelle verstanden werden, an der auf die laufende
Hahn Reibungskräfte und/oder Haftungskräfte infolge
einer Umschlingung einer Walze oder eines
feststehenden Leitelementes oder Haltekräfte,
beispielsweise in einem Walzenspalt, einwirken, die
einen freien Ausgleich des Bahnzustandes vor und
hinter der Klemmstelle behindern, so daß sich vor
und hinter der Klemmstelle unterschiedliche
Bahnspannungen und Bahngeschwindigkeiten einstellen.
Die Mittel zum Erzeugen der Zugkraft in der Bahn
können in der Bahnklemmstelle selbst liegen (z. B.
angetriebenes Glättwalzenpaar) oder an anderer
Stelle der Maschine (z. B. Aufrollung).
Unter einer bahnumschlungenen Walze soll hier eine
solche Walze verstanden werden, an der die laufende
Papierbahn bei ausreichender Bahnspannung so
anliegt, daß kein Schlupf entsteht, das heißt, daß
Papierbahn und äußerer Walzenmantel an zumindest
einem Punkt dieselbe Geschwindigkeit aufweisen.
Diese Bedingung kann als erfüllt angesehen werden,
wenn die Kontaktfläche zwischen Papierbahn und
Walzenmantel, das heißt, die Umschlingung der
laufenden Papierbahn um die Walze, ausreichend groß
ist, die Bahnspannung ausreichend groß ist und
zwischen Papierbahnoberfläche und Walzenoberfläche
an zumindest einem Punkt Haftung besteht.
Für die Verwendung von Papier ist die
Versagenkenngröße "Bruchkraft" eine wesentliche
Materialkenngröße. So wird beispielsweise die
Geschwindigkeit von Druckmaschinen durch die
Bruchkraft, das heißt, durch die maximale Zugkraft,
die eine Papierbahn bis zum Zerreißen aufnehmen
kann, begrenzt. Für Papiere, die zu
Verpackungszwecken eingesetzt werden, ist die
Bruchkraft ebenfalls ein begrenzendes
Verwendungskriterium.
Bisher wird die breitenbezogene Bruchkraft im
statischen Zugversuch gemessen. Diese
Bruchkraftprüfung basiert auf Einzelprüfungen an
Stichproben, die der fertigen Papierbahn entnommen
werden, und liefert damit kein vollständiges Bild
der Papierbahn. Zudem wird die Prüfung zeitversetzt
durchgeführt und läßt damit keine unmittelbare
Rückkoppelung auf die Herstellungsbedingungen zu.
Die Möglichkeit, einen Kennwert für die
breitenbezogene Bruchkraft an der laufenden
Papierbahn zu bestimmen, könnte daher von
wesentlichem Einfluß auf eine Verbesserung der
Produktqualität und Produktionskontrolle sein. Neben
einer Aussage über die breitenbezogene Bruchkraft
für die erzeugte Papierbahn zum Zeitpunkt der
Herstellung als Materialkenngröße für den Verwender
stünde damit auch eine bedeutsame "Ist"-Größe als
Eingangswert für Regelvorgänge zur Verfügung. So
würde eine "on-line" Messung eines Kennwertes der
breitenbezogenen Bruchkraft beispielsweise die
Möglichkeit eröffnen, eine vorgegebene
Papierfestigkeit mit minimalem Materialeinsatz zu
erreichen. Alle bisherigen Versuche, aus der
Erfassung bestimmter Kenngrößen an einer laufenden
Papierbahn Rückschlüsse auf Festigkeitseigenschaften
der Bahn zu ziehen, waren darauf gerichtet, aus
unterschiedlichen Meßgrößen den Elastizitätsmodul
der Bahn zu bestimmen, um aus ihm dann,
erforderlichenfalls unter Zuhilfenahme weiterer
Meßwerte, meist auf dem Umweg über die
Bruchspannung, bestimmte Fertigkeitskennwerte zu
berechnen.
Es ist bekannt, daß der Elastizitätsmodul im
elastischen Bereich eine gewisse Korrelation zur
Bruchspannung einer Papierbahn zeigt. Die
Bruchspannung ist aber ein auf einen
Einheitsquerschnitt bezogener, relativierter Wert.
Wird also beispielsweise durch eine nachträgliche
Oberflächenbeschichtung die Dicke und damit der
Querschnitt der Papierbahn verändert, so ist nach
einer heute üblichen Beschichtung, die
möglicherweise zur Bahnfestigkeit nichts beiträgt,
aber dennoch die Bahndicke erhöht, für die
Bruchspannung nach der Beschichtung ein geringerer
Wert zu erwarten, während die technisch relevante,
dickenunabhängige Bruchkraft von der Bahnveränderung
möglicherweise kaum beeinflußt wird. Die Aussage,
bei welcher Zugkraft eine gegebene Bahn nun wirklich
zerreißt, ist aber die allein entscheidende Aussage,
die für eine Produktionssteuerung oder eine
Weiterverwendung des Produktes benötigt wird.
Weitere Eigenschaftswerte der Bahn, wie
beispielsweise die Bahndicke, Bahnfeuchte,
Bahntemperatur und Bahngewicht, die z. T. nur an
Stichproben im Labor "off-line" ermittelt werden,
und die die Vorteile einer "on-line"-Bestimmung des
Elastizitätsmoduls wieder zunichte machen, werden
nicht benötigt. Insbesondere ist die
Dickenbestimmung einer Papierbahn problematisch, da
das Fasermaterial und die Hilfsstoffe nicht homogen
über den Bahnquerschnitt verteilt sind und die Dicke
einer in Herstellung oder Modifikation befindlichen
Papierbahn ohnehin noch Änderungen unterworfen ist.
Zur Bestimmung des Elastizitätsmoduls an einer
laufenden Papierbahn und aus dem E-Modul
abgeleiteter Eigenschaften sind beispielsweise
folgende Methoden bekanntgeworden:
D. W. Vahey untersucht in Tappi, April 1988, S. 149
ff. die Korrelation zwischen in einer laufenden
Papierbahn gemessenen Ultraschallgeschwindigkeiten
und Festigkeitseigenschaften der Bahn, indem er den
Elastizitätsmodul der Bahn aus der Beziehung:
E = ρ . c2
errechnet, worin "c" die on-line gemessene
Ultraschallgeschwindkeit und "ρ" die Werkstoffdichte
ist. Hier wird bereits der Elastizitätsmodul unter
Zuhilfenahme einer Materialkonstanten, nämlich der
Dichte "ρ" berechnet, die ihrerseits nur an
Laborproben bestimmt und mit allen weiter oben
bezüglich der Dickenmessung und des Flächengewichtes
beschriebenen Problemen behaftet ist.
Weitere Parameter, wie Blattfeuchte und -temperatur,
sind auch hier in engen Grenzen erforderlich, um
näherungsweise Aussagen zur Papiersteifigkeit machen
zu können. Damit treten hier die gleichen Nachteile
ein, wie sie oben erwähnt wurden: die Vorteile der
"on-line" Messung einer Papierkenngröße, die nicht
direkt zur Berechnung der Papierfestigkeit erfaßt
wird, gehen verloren durch Rückgriff auf
stichprobenartig erfaßte Einzelwerte.
Lee Chase et al. beschreiben in Tappi, Dec. 1989, S.
89 ff. einen on-line Sensor zum Messen von
Festigkeiten an einer laufenden Papierbahn.
Wird dabei die Dehnung der Papierbahn als Meßgröße
zur Bestimmung des E-Moduls herangezogen, so ist
dieses Verfahren für die jeweilige Papierbahn mit
dem Blattgewicht zu korrigieren. Sollen Aussagen zu
Papierfestigkeiten gemacht werden, so müssen weitere
Parameter, wie Blattfeuchte, -temperaturen, und
Steifigkeits-Längs/Querverhältnis erhoben werden. Da
nicht alle der genannten Parameter an der laufenden
Papierbahn ermittelt werden können, geht der Vorteil
einer "on-line" Messung verloren, denn die
näherungsweise Aussage zur Papierfestigkeit greift
wesentlich auf stichprobenartig erhobene Parameter
(Blattgewicht, -feuchte, -temperatur,
Steifigkeits-Längs/Querverhältnis) zurück. Dies gilt
umso mehr, als die an der laufenden Papierbahn
gemessene Größe keine direkte Umrechnung in
Festigkeitswerte gestattet.
Ein von Scheuter und Belau in 'Das Papier, 1986,
Heft 10a, S. 192-196', beschriebenes Meßverfahren
ist für die Regelung einer konstanten Abwicklung von
Papierrollen in Druckmaschinen gedacht. Auch hier
ist nicht die direkte Messung von Papierfestigkeiten
angestrebt. Vielmehr wird versucht, die durch den Druck- und Abrollvorgang
bedingte Dehnungsänderung der Papierbahn zu erfassen und die Abwicklung
der Papierbahn über eine Erfassung des E-Moduls zu regeln.
Alle drei Verfahren gehen vom Grundgedanken der Erfassung des E-Moduls
aus, der dann ggf. unter Zuziehung von "off-line" erfaßten Parametern zu
näherungsweisen Aussagen über verschiedene Papiereigenschaften
herangezogen wird.
Aus der europäischen Patentanmeldung EP 0 311 507 A2 ist ein Verfahren zur
zerstörungsfreien Bestimmung eines mit der Bruchkraft korrelierenden
Kennwertes an einer laufenden Papierbahn bekannt. Es werden Messungen vor
und nach einer Bahnklemmstelle durchgeführt. Aber auch bei diesem
Verfahren werden "off-line" erfaßte Meßwerte verwendet, die dazu dienen,
mittels der Mehrfach-Regressionsanalyse Korrelationen zwischen dem an der
Papiermaschine gemessenen Werten und dem im Labor ermittelten Werten zu
bestimmen.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein an einer
laufenden Papierbahn anwendbares Meßverfahren zur Verfügung zu stellen, bei
dem aus ausschließlich an der laufenden Bahn erfaßten Meßwerten unmittelbar
eine Aussage über die breitenbezogene Bruchkraft erhalten werden kann.
Diese Aufgabe wird gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1
gelöst.
Eine durch eine Papiererzeugungs- oder -veredelungsmaschine laufende
Papierbahn wird durch eine Bahnklemmstelle geführt. Durch die
Bahnklemmstelle wird der freie Lauf der Papierbahn beeinflußt, so daß vor
und hinter der Bahnklemmstelle unterschiedliche Zugkräfte an der Papierbahn
angreifen und sich vor und hinter der Bahnklemmstelle unterschiedliche
Geschwindigkeiten der Papierbahn einstellen.
Die an der laufenden Papierbahn erfaßten Signale (Bahngeschwindigkeit vor
und nach der Bahnklemmstelle, Bahnzugkraft vor und nach der
Bahnklemmstelle) werden einer elektronischen Auswerteinheit zugeführt und
dort in der Weise
ausgewertet, daß von dem Produkt aus der vor der Bahnklemmstelle
gemessenen Bahngeschwindigkeit mit der nach der Bahnklemmstelle
gemessenen Bahnzugkraft das Produkt aus der nach der Bahnklemmstelle
gemessenen Bahngeschwindigkeit und der vor der Bahnklemmstelle
gemessenen Bahnzugkraft abgezogen wird. Der so erhaltene Wert wird
dividiert durch die Differenz zwischen der nach der Bahnklemmstelle
gemessenen Bahngeschwindigkeit und der vor der Bahnklemmstelle
gemessenen Bahngeschwindigkeit. Die so berechnete Kraft wird mit einer
Konstanten (1/b; b = Bahnbreite der laufenden Papierbahn) multipliziert. Die
Bahnbreite hängt von der Konstruktion der Papiermaschine ab und ist eine im
wesentlichen konstante Größe, die allenfalls bei Wechsel der herzustellenden
Papiersorte geringfügig geändert werden kann. Der so ermittelte Ausdruck
wird korrigiert mit einem konstanten Korrelationsfaktor, der beispielsweise
Besonderheiten der jeweiligen Maschinenausstattung sowie
produktionsspezifische Gegebenheiten berücksichtigt und einmalig durch
Vergleich mit den Ergebnissen der statischen Bruchkraftmessung bestimmt
wird. Nachstehende Gleichung verdeutlicht die Auswertung der erfaßten
Meßsignale.
FbB = breitenbezogene Bruchkraft
F1 = Bahnzugkraft, gemessen vor der Klemmstelle
F2 = Bahnzugkraft, gemessen nach der Klemmstelle
v1 = Bahngeschwindigkeit, gemessen vor der Klemmstelle
v2 = Bahngeschwindigkeit, gemessen nach der Klemmstelle
b = Bahnbreite
f = Korrelationsfaktor
F1 = Bahnzugkraft, gemessen vor der Klemmstelle
F2 = Bahnzugkraft, gemessen nach der Klemmstelle
v1 = Bahngeschwindigkeit, gemessen vor der Klemmstelle
v2 = Bahngeschwindigkeit, gemessen nach der Klemmstelle
b = Bahnbreite
f = Korrelationsfaktor
Die mittels Bahnklemmstelle erzeugten
unterschiedlichen Bahnzustände (vor der
Bahnklemmstelle und nach der Bahnklemmstelle) werden
durch Messung der an der laufenden Papierbahn
angreifenden jeweiligen Bahnzugkraft in Laufrichtung
der Papierbahn und der jeweiligen
Bahngeschwindigkeit erfaßt. Die Messung der
Bahnzugkraft kann beispielsweise an einer
bahnumschlungenen Leitwalze vorgenommen werden, die
an ihren Lagern mit an sich bekannten Kraft- oder
Druckmeßgebern versehen ist, aus deren Signalen die
Bahnzugkraft durch Berechnung ermittelbar ist. Die
an der Walze gemessene Bahnzugkraft muß, um auf die
Längeneinheit der Bahnbreite bezogen zu werden,
natürlich noch durch die Bahnbreite geteilt werden.
Hierbei handelt es sich aber lediglich um die
Division mit einer Konstanten. Die Geschwindigkeit
der laufenden Papierbahn kann an derselben Stelle
wie die Bahnzugkraft, das heißt, an derselben
bahnumschlungenen Walze erfaßt werden. Da die
Geschwindigkeiten genau erfaßt werden müssen, weil
die Differenz zwischen beiden Meßstellen
verhältnismäßig klein ist, bieten sich digitale
Inkrementgeber an den Walzen an.
Obwohl die Bruchkraft ein Wert ist, der in den
sicherlich nicht linearen Bereich des
Kraft-Dehnungsdiagrammes fällt, wurde
überraschenderweise festgestellt, daß der
erfindungsgemäß aus den angegebenen Meßdaten
erhaltene Kennwert erstaunlich gut mit den an
Papierbahnproben im Labor ermittelten
breitenbezogenen Bruchkraftwerten korreliert. Das
Ergebnis wurde durch eine Vielzahl von Messungen an
unterschiedlichen Papierbahnen bestätigt, welche
ergeben haben, daß der Korrelationsfaktor, der die
zahlenmäßige Beziehung zwischen erfindungsgemäß
ermittelten Kennwerten und der statisch bestimmten
Bruchkraft herstellt, in weiteren
Anwendungsbereichen als konstant angesehen werden
kann und daher nur einmal ermittelt zu werden
braucht.
Mindestens zwei der beschreibungsgemäß ermittelten
Bruchkraftkennwerte können gemittelt und als
gemittelter Bruchkraftkennwert von der
elektronischen Meßwerteinheit ausgegeben werden. Die
Mittelung von zehn Einzelmessungen der
breitenbezogenen Bruchkraft hat sich als geeignet
erwiesen zur Ermittlung eines gemittelten
Bruchkraftkennwertes.
Wird nach Berechnung mehrer gemittelter
Bruchkraftkennwerte die Varianz aus diesen
gemittelten Bruchkraftkennwerten bestimmt, so ist
dies ein Maß für die Gleichmäßigkeit und Homogenität
des Produktionsablaufes. Eine geringe Varianz deutet
auf eine unter gleichbleibenden
Produktionsbedingungen hergestellte Papierbahn hin,
eine hohe Varianz deutet auf Schwankungen in den
Prozeßbedingungen hin.
Die hier beschriebene Auswertung der Meßsignale
bietet eine Möglichkeit, Zugkraft- und
Geschwindigkeitsmessung an der laufenden Papierbahn
zur Regelung des Papierherstellungs- oder
-veredelungsprozesses einzusetzen. Vorstellbar sind
auch weitere Regelkreise, in die die Meßsignale oder
daraus berechnete Werte als "Ist"-Größen eingehen,
wie beispielsweise
- - die Steuerung der Rohstoffzufuhr (z. B. Minimierung des Fasereinsatzes bei Erreichen der vorgegebenen Festigkeitswerte) zur verbesserten Herstellung einer Papierbahn mit einheitlicher Festigkeit
- - Steuerung der Fasereigenschaften, die die Festigkeit der Papierbahn wesentlich beeinflussen, wie beispielsweise Steuerung der Mahlung der Papierfasern in Abhängigkeit von der an der laufenden Papierbahn gemessenen Bruchkraft
- - Steuerung der Stoffzusammensetzung bei der Herstellung der Papierbahn in Abhängigkeit von der an der laufenden Papierbahn gemessenen Festigkeit, um eine optimale und kostengünstige Zusammensetzung des Papieres unter Erhalt konstanter Festigkeitseigenschaften zu erzielen.
Im folgenden wird die Erfindung unter Hinweis auf
die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 Eine Anordnung zur Bestimmung eines
Kennwertes der breitenbezogenen Bruchkraft
an einer laufenden Papierbahn mit einem
angetriebenen Walzenpaar als
Bahnklemmstelle.
Fig. 2 Eine Anordnung zur Bestimmung eines
Kennwertes der breitenbezogenen Bruchkraft
an einer laufenden Papierbahn,
Bahnklemmstelle als Walzengruppe mit einer
angetriebenen Walze.
Fig. 3 Eine Anordnung zur Bestimmung eines
Kennwertes der breitenbezogenen Bruchkraft
an einer laufenden Papierbahn mit einer
feststehenden Umlenkstange als
Bahnklemmstelle.
Fig. 4 Beispielhafte Ausgestaltungen von
Bahnklemmstellen.
Fig. 5 Zusammenhang zwischen dem on-line
bestimmten Bruchkraftkennwert und den im
statischen Zugversuch bestimmten
Labormeßwerten für 21 verschiedene
industrielle Papierqualitäten.
Fig. 1 zeigt schematisch dargestellt eine
Papierbahn 2, die durch eine Bahnklemmstelle,
bestehend aus Walzen 4 und 6, geführt wird. Die
Bahnklemmstelle ist hier als Zweiwalzenglättwerk
ausgeführt, dessen untere Walze 4 von einem (nicht
gezeigten) Motor angetrieben ist. Die laufende
Papierbahn wird mit erhöhter Bahnspannung aus der
Klemmstelle abgezogen, was beispielsweise durch die
dem Zweiwalzenglättwerk 4, 6 üblicherweise
nachgeschaltete, hier jedoch nicht dargestellte,
Aufrollvorrichtung (Poperoller) zu realisieren ist.
Durch diese Anordnung ergibt sich, daß
Bahngeschwindigkeit und Bahnspannung der Papierbahn
2 an der Papierleitwalze 10 größer sind als an der
Papierleitwalze 8. Die Papierbahn 2 wird so um die
Papierleitwalzen 8 und 10 geführt, daß ein
Haftbereich zwischen der Papierleitwalze und der
laufenden Papierbahn besteht. Dies wird dadurch
erreicht, daß zum einen ein genügend großer
Umschlingungswinkel der laufenden Papierbahn 2 um
die Papierleitwalzen 8, 10 und zum anderen eine
ausreichend hohe Bahnspannung vor und nach der
Klemmstelle vorliegt. Der Haftungsbereich muß dabei
so groß sein, daß die Walze von der Papierbahn bei
stationären Bedingungen verzögerungsfrei mitgenommen
wird. Die Papierleitwalzen 8 und 10 sind jeweils mit
einem inkrementellen Drehgeber (hier nicht
dargestellt) zum Bestimmen der Walzendrehfrequenz
ausgerüstet. Mit Kenntnis der
Papierleitwalzen-Durchmesser der Papierleitwalzen 8
und 10 wird die Bahnlaufgeschwindigkeit vor und nach
der Bahnklemmstelle bestimmt. Die Bahnzugkraft vor
und nach der Klemmstelle wird je Papierleitwalze
mittels zweier parallel geschalteter
Radialkraftaufnehmer (hier nicht dargestellt), in
denen die Papierleitwalzen gelagert sind, bestimmt.
Die vier zu einem Zeitpunkt bestimmten Meßwerte (je
zwei Werte zur Bahngeschwindigkeit und
Bahnzugkraft), die mit einer festgelegten
Meßfrequenz von beispielsweise 10 Hz erfaßt werden,
werden in einem elektronischen
Analog/Digital-Wandler digitalisiert und binär
codiert. Nach der in der Beschreibung dargelegten
Vorgehensweise wird der einzelne Festigkeitskennwert
und auch die Mittelung aus mehreren
Festigkeitskennwerten zu gemittelten
Festigkeitskennwerten der laufenden Papierbahn sowie
die Varianz mehrerer gemittelter
Festigkeitskennwerte in einer elektronischen
Auswerteinheit 12 berechnet.
Eine weitere Ausführungsform ist in Fig. 2
dargestellt. Im oberen Teil der Fig. 2 wird die
Papierbahn 2 unter Zugspannung zunächst über eine
Papierleitwalze 12, ein Maschinenglättwerk,
bestehend aus den Walzen 4, 6, 8, 10, und eine
Papierleitwalze 14 geführt. Das Maschinenglättwerk
wird hier als Bahnklemmstelle genutzt. Die
Vorrichtungen zur Bestimmung der Bahnspannung und
der Bahngeschwindigkeit sind an den Papierleitwalzen
12 und 14 angebracht, hier jedoch nicht dargestellt.
Die an den Papierleitwalzen 12 und 14 erfaßten
Signale werden über die in der Fig. 2 gestrichelt
dargestellten Linien zur elektronischen
Auswerteinheit 16 transportiert und dort nach den in
der Beschreibung festgelegten Schritten zu
Bruchkraftkennwerten und gemittelten
Bruchkraftkennwerten umgerechnet.
In Fig. 3 ist die Bahnklemmstelle als feststehende
Stange 4 ausgebildet. Durch die auftretende Reibung
zwischen der Stange 4 und der laufenden Papierbahn 2
werden unterschiedliche Bahnspannungen vor und nach
der Stange 4 erreicht. Die Vorrichtungen zur
Bestimmung der Bahnzugkraft und der
Bahngeschwindigkeit sind an den Papierleitwalzen 6
und 8 angebracht, hier jedoch nicht dargestellt. Die
elektronische Auswerteinheit ist mit 10
gekennzeichnet.
Die in Fig. 4 dargestellten verschiedenen
Ausführungen von Bahnklemmstellen zeigen die
ausreichende Umschlingung einer rotierenden Walze
durch Führen der Papierbahn in einem geeigneten
Winkel um die Walze. Eine ähnliche Ausführung wird
gezeigt durch Umschlingung einer stehenden Walze,
indem die laufende Papierbahn in einem geeigneten
Winkel zur Erzeugung einer ausreichend großen
Kontaktfläche um die Walze geführt wird. In einer
weiteren Ausführungsform kann die Bahnklemmstelle
ausgeführt sein durch Anpressen von Gegendruckwalzen
an die laufende Papierbahn oder auch durch Anpressen
der laufenden Papierbahn an eine rotierende Walze
mittels Filzumschlingung oder aber durch Anpressen
der laufenden Papierbahn an eine rotierende Walze
mittels einer Luftdruckdifferenz, die ein Sog auf
die Papierbahn in Richtung Kontaktfläche mit der
Walze ausübt.
Es wurde empirisch nachgewiesen, daß der Kennwert
der breitenbezogenen Bruchkraft eine hohe
Korrelation mit dem im statischen Zugversuch
ermittelten Wert aufweist. Die gemessenen
Zusammenhänge gibt Fig. 5 am Beispiel 21
verschiedener, industrieller Papiere
wieder, wo die im statischen Zugversuch gemessene
breitenbezogene Bruchkraft mit aus on-line
gemessenen Signalen verfahrensgemäß berechneten
Bruchkraftkennwerten korreliert wird
(Korrelationskoeffizient r = 0,98).
Wie aus HABERGER + BAUM, 1986 (C. C. Haberger. G. A.
Baum, TAPPI Journal, Heft 6, S. 106) und FALTER et
al. (K. A. Falter, G. Obst, N. Stockhausen,
FOGRA-Forschungsbericht Nr. 4.307, 1984, S. 29) zu
entnehmen ist, war es gemäß Stand der Technik nicht
zu vermuten, daß ausschließlich aufgrund von
Messungen im Bereich der elastischen Verformung der
laufenden Papierbahn, ohne Zuhilfenahme weiterer
Parameter, und damit ohne zerstörende, statische
Zugkraftprüfung, eine Aussage zur Versagenskenngröße
"breitenbezogene Bruchkraft" mittels Zugkraftprüfung
an der laufenden Papierbahn erfolgen kann. Diese von
den Erfindern empirisch festgestellten Zusammenhänge
wurden aufgrund theoretischer Vorstellungen vom
Papier als inhomogenem Werkstoff mit nichtstetigem
Verhalten unter Zugbelastung verneint.
Die enge Korrelation zwischen den Ergebnissen des
statischen Zugversuches an der Einzelprobe und der
dynamischen Festigkeitsprüfung an der laufenden
Papierbahn belegt jedoch zweifelsfrei, daß die im
Stand der Technik zitierte Meinung als widerlegt
angesehen werden kann.
Claims (9)
1. Verfahren zum zerstörungsfreien Bestimmen eines mit der
breitenbezogenen Bruchkraft korrelierenden Kennwertes an einer laufenden
Papierbahn in Bahnlaufrichtung in einer Papiererzeugungs- oder -
veredelungsmaschine mit mindestens einer Bahnklemmstelle und Mitteln
zum Erzeugen einer Zugkraft auf die Papierbahn, die eine
Zugkraftdifferenz in der Papierbahn vor und hinter der Bahnklemmstelle
erzeugen, mit den Verfahrensschritten:
- a) Erfassen von Signalen für die Bahngeschwindigkeit und die Bahnzugkraft vor der Bahnklemmstelle,
- b) Erfassen von Signalen für die Bahngeschwindigkeit und die Bahnzugkraft hinter der Bahnklemmstelle und
- c) Verarbeiten der Signale zu einem Meßwert für die breitenbezogene Bahnbruchlast in einer elektronischen Auswertrichtung, wobei in der Auswerteinrichtung die Differenz aus dem Produkt des Signals für die Bahngeschwindigkeit vor der Bahnklemmstelle und des Signals für die Bahnzugkraft hinter der Bahnklemmstelle einerseits und dem Produkt des Signals für die Bahngeschwindigkeit hinter der Bahnklemmstelle und dem Signal für die Bahnzugkraft vor der Bahnklemmstelle andererseits durch die Differenz der Bahngeschwindigkeiten hinter der Bahnklemmstelle und vor der Bahnklemmstelle sowie durch die Bahnbreite dividiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale
jeweils an einer ersten und zweiten bahnumschlungenen Leitwalze vor und
hinter der Klemmstelle erfaßt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung
der absoluten Bruchkraft der Kennwert mit einem Korrelationsfaktor
multipliziert wird, der für eine bestimmte Papiererzeugungs- oder -
veredelungsmaschine einmalig durch Vergleich mit durch statische
Bruchkraftsprüfung ermittelten Bruchkraftwerten bestimmt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die zu einem Kennwert verarbeiteten Signale im wesentlichen
gleichzeitig erfaßt und eine Folge von Kennwerten zu einem gemittelten
Bruchkraftkennwert gemittelt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß 5-20 Meßwerte
pro Sekunde errechnet und gemittelt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der
Bruchkraftkennwert als Vorgabewert in eine Prozeß-Steuer- oder -
Regeleinrichtung eingespeist wird.
7. Anordnung zum zerstörungsfreien Bestimmen eines mit der
breitenbezogenen Bruchkraft korrelierenden Kennwertes an einer laufenden
Papierbahn in Bahnlaufrichtung in einer Papiererzeugungs- oder -
veredelungsmaschine mit mindestens einer Bahnklemmstelle und Mitteln
zum Erzeugen einer Zugkraft auf die Papierbahn, die eine
Zugkraftdifferenz in der Papierbahn vor und hinter der Bahnklemmstelle
erzeugen, gekennzeichnet durch
- a) Mittel zum Erfassen von Signalen für die Bahnzugkraft und die Bahngeschwindigkeit vor und nach der Bahnklemmstelle,
- b) eine elektronische Auswerteinheit mit Eingangsmitteln zum Aufnehmen der ermittelten Signale und mit Mitteln zum Erstellen eines Kennwertes durch Subtrahieren des Produktes aus dem Signal für die Bahngeschwindigkeit vor der Bahnklemmstelle und dem Signal für die Bahnzugkraft nach der Bahnklemmstelle einerseits von dem Produkt aus dem Signal für die Bahngeschwindigkeit nach der Bahnklemmstelle und dem Signal für die Bahnzugkraft vor der Bahnklemmstelle andererseits und Dividieren dieses Wertes durch die Differenz der Bahngeschwindigkeiten hinter der Bahnklemmstelle und vor der Bahnklemmstelle sowie der Bahnbreite, und
- c) Mittel zur Ausgabe des Kennwertes.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
elektronische Auswerteinheit mit Ausgabemitteln für die Aufschaltung
eines Signals für den Kennwert auf eine Prozeßsteuer- oder
-regeleinrichtung versehen ist.
9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die
Auswerteinrichtung mit mindestens einer Prozeßsteuer- oder
-regeleinrichtung verbunden ist.
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