EP0429820A2 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung des Produktionsablaufs bei der kontinuierlichen Herstellung von gipsgebundenen Werkstücken - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung des Produktionsablaufs bei der kontinuierlichen Herstellung von gipsgebundenen Werkstücken Download PDF

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EP0429820A2
EP0429820A2 EP90119654A EP90119654A EP0429820A2 EP 0429820 A2 EP0429820 A2 EP 0429820A2 EP 90119654 A EP90119654 A EP 90119654A EP 90119654 A EP90119654 A EP 90119654A EP 0429820 A2 EP0429820 A2 EP 0429820A2
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EP
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press
pressure
hydration
segments
individual
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Volker Dipl.-Ing. Thole
Thomas Dipl.-Holzwirt Hilbert
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Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B28B5/00—Producing shaped articles from the material in moulds or on moulding surfaces, carried or formed by, in or on conveyors irrespective of the manner of shaping
    • B28B5/02—Producing shaped articles from the material in moulds or on moulding surfaces, carried or formed by, in or on conveyors irrespective of the manner of shaping on conveyors of the endless-belt or chain type
    • B28B5/026—Producing shaped articles from the material in moulds or on moulding surfaces, carried or formed by, in or on conveyors irrespective of the manner of shaping on conveyors of the endless-belt or chain type the shaped articles being of indefinite length
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B15/00—Details of, or accessories for, presses; Auxiliary measures in connection with pressing
    • B30B15/26—Programme control arrangements

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and an apparatus for performing the method.
  • a control device for a compression unit of a belt press is already known from DE PS 33 16 946.
  • This invention takes advantage of the fact that the reaction of the binder with water to form the dihydrate is an exothermic process, i. H. it releases heat. It is therefore possible to determine the end of hydration by evaluating the hydration temperature-time curve, namely as the time from the start of the litter to the maximum of the temperature curve. In laboratory examinations, this measurement is usually carried out under quasi-adiabatic conditions in order to avoid heat flow and thus a falsification of the temperature-time curve. For technical processes, it is usually sufficient to determine the temperature profile under the given conditions.
  • the temperature development becomes exothermic hardening gypsum binder mass used as a control variable.
  • the end of hydration is reached when the temperature development exceeds a maximum.
  • a measuring device is required which continuously determines the temperature development, so that an additional device is required in addition to the already existing pressure measurement.
  • a temperature measurement is also fraught with uncertainty factors which do not guarantee exact measurement value acquisition.
  • temperature compensation processes between the material, the compression unit and the environment are to be mentioned as disturbance variables, which cannot be compensated from an economic point of view. Under practical conditions, it is doubtful whether temperature fluctuations in the materials are not considered incorrect measurements.
  • both a continuous and a batch process can be used for the compression.
  • the most important continuous process in common is that the belt press consists of a large number of individual press segments arranged one after the other (Fig. 1).
  • Such a press describes e.g. B. H. Soiné in wood as raw material 42 (1984), pages 63-66.
  • the invention is based on belt presses of this type with press segments arranged one after the other.
  • the object of the invention is to provide a simpler and cheaper method for controlling the production process and to provide a corresponding device.
  • the binder When the binder is mixed with water, the hemihydrate goes into solution up to the saturation concentration, and dihydrate forms again through hydration, the solubility of which is only about the fourth part of that of the hemihydrate, so that dihydrate is deposited in crystalline form from the solution which is supersaturated with dihydrate . This process continues until the hemihydrate is completely converted into dihydrate, and a polycrystalline, space-stable solid is formed in this way.
  • the timing of the hydration process is characterized in technology by the parameters stiffening start, stiffening end and end of hydration.
  • the start of stiffening and the end of stiffening indicate a certain consistency of the gypsum mixture, the end of hydration denotes the end of the conversion of hemihydrate to the dihydrate.
  • a compression process is now used in the production of certain plate-shaped workpieces based on gypsum, for example in the production of fiber-reinforced gypsum boards or gypsum-bonded particle boards in a semi-dry process.
  • the rule applies that the compression process may begin at the latest when the stiffening begins and may be ended at the earliest after the end of the stiffening, better still after the end of hydration; this is the only way to ensure the maximum strength of the material.
  • this source pressure is now used to control the production process.
  • Fig. 2 shows a temperature-time curve versus the pressure-time curve. It follows that the measurement of the source pressure gives the same results as that of the temperature. However, the invention has decisive advantages over the prior art. First, no additional devices such as. B. a temperature measuring device is necessary, and secondly, the measurement of the source pressure is not dependent on environmental influences.
  • the invention has further advantages. It is possible according to the invention if the maximum swelling pressure and so that the end of hydration is reached, the following press segments are set to zero. A decisive energy saving is thereby achieved. This is important because the setting behavior can be influenced within limits by adding adjusting agents (retarders / accelerators). Thus, e.g. B. with the addition of an accelerator, the end of hydration can be reached earlier, so that a "shorter" belt press would in itself be sufficient. In the method according to the invention, however, the press segments which follow are then set to zero after the end of the hydration, so that they no longer perform any work and energy savings are thereby achieved. Such a differentiated control is not possible with all methods of the prior art.
  • the belt press has to do work until the end of its overall length.
  • the process according to the invention can thus save the work which the press segments would have to do after the end of hydration has been reached.
  • the subsequent press segment is reset when the condition regarding the pressure P. and P (n + 1) ⁇ ⁇ P n is satisfied.
  • Fig. 1 shows a section of the construction of a continuous belt press 1 with press segments 4 arranged one after the other.
  • Fig. 1 also shows a fleece transfer device device 2 and a plate removal device 3.
  • Fig. 3 shows the pressure measurement and the control device.
  • the device consists for each individual press segment of a target / actual value comparator 5, a distance measuring device 6 and a pump 7. Each individual press segment 4 is then connected to a comparator 8.
  • An advantage of the invention is that the distance measuring device is present in the already known belt presses from the prior art. As an additional device, only a comparator 8 is now provided, which compares the individual pressures of the individual press segments 4.
  • a mixture is now fed to the press via the nonwoven transfer device 2, it is compressed by the belt press 1 in accordance with the specification (for example, predetermined plate thickness).
  • the necessary pressure is applied by the individual press segments 4 (corresponds to the cylinders). If the distance measuring device 6 now detects a deviation from the target value, the pump 7 adjusts so that the predetermined thickness can always be maintained. According to the invention, these pressure measurements are now passed on to the comparator 8. Now is the condition P (n-1) ⁇ P n and P (n + 1) ⁇ ⁇ P n fulfilled, the following press segment is switched to zero by the control. This is illustrated in Fig. 4 at two measuring points.
  • Fig. 4 shows the characteristic course of the swelling pressure over time.
  • example 1 shows that the condition P (n-1) ⁇ P n is not fulfilled. In this case, the subsequent press segment does not become zero posed.
  • Example 2 shows a case where the condition and P (n + 1) ⁇ ⁇ P n is satisfied. In this case, the subsequent press segment is set to zero. The remaining press segments therefore no longer have to do any work. The entire system can thus be controlled precisely and manages with minimal energy.
  • the invention provides a way of optimally controlling a continuous belt press 1 with little outlay on equipment. Another advantage is that device parts can be used for this method, which are already available on conventional belt presses of the prior art. According to the invention, the fact is taken advantage of that the source pressure is used for control, and a device is specified for this purpose.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Produktionsablaufes bei der kontinuierlichen Herstellung von gipsgebundenen Werkstücken, bei der die Frischmasse mit einer Bandpresse oder dergleichen, bestehend aus einer Vielzahl nacheinander angeordnete Pressensegmente, bis zum Hydratationsende verdichtet wird, das dadurch ausgezeichnet ist, daß der bei der Hydratation entstehende Quelldruck gemessen und zur Steuerung des Produktionsablaufes verwendet wird. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine dazugehörige Vorrichtung, bei der jedes einzelne Pressensegment mit einer Abstandsmeßeinrichtung und einem Soll-Ist-Wert-Vergleicher ausgestattet ist. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Gattungsbegriff des Anspruches 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
  • Aus der DE PS 33 16 946 ist bereits eine Steuereinrichtung für eine Verdichtungseinheit einer Bandpresse bekannt. Diese Erfindung macht sich den Umstand zu Nutze, daß die Umsetzung des Bindemittels mit Wasser zum Dihydrat ein exothermer Vorgang ist, d. h. es wird Wärme frei. Deshalb ist es möglich, durch die Auswertung der Hydratationstemperatur-Zeit-Kurve das Hydratationsende zu bestimmen, nämlich als die Zeit vom Einstreubeginn bis zum Maximum der Temperaturkurve. Bei Laboruntersuchungen erfolgt diese Messung meist unter quasi adiabatischen Bedingungen, um einen Wärmeabfluß und damit eine Verfälschung der Temperatur-Zeit-Kurve zu vermeiden. Für technische Prozesse ist es in der Regel ausreichend, den Temperaturverlauf unter den jeweils gegebenen Bedingungen zu ermitteln.
  • Bei dem mit dieser Steuereinrichtung durchzuführenden Verfahren wird also die Temperaturentwicklung der exotherm erhärtenden Gipsbindemittelmasse als Steuergröße herangezogen. Definitionsgemäß ist hierbei das Hydratationsende erreicht, wenn die Temperaturentwicklung ein Maximum über-schreitet. Zur Durchführung dieses Verfahrens ist allerdings eine Meßeinrichtung erforderlich, die die Temperaturentwicklung kontinuierlich ermittelt, so daß neben der bereits vorhandenen Druckmessung eine zusätzliche Vorrichtung erforderlich ist. Neben den apparativen Aufwand ist eine Temperaturmeßung zudem mit Unsicherheitsfaktoren behaftet, die eine exakte Meßwerterfassung nicht gewährleisten. Als Störgrößen sind hier insbesondere Temperaturausgleichsvorgänge zwischen dem Werkstoff, der Verdichtungseinheit und der Umgebung anzuführen, die unter ökonomischen Gesichtspunkten nicht kompensiert werden können. Unter praktischen Bedingungen ist es zweifelhaft, ob Temperaturschwankungen der Materialien nicht als Fehlmessungen angesehen werden.
  • Grundsätzlich können zur Verdichtung sowohl ein kontinuierliches, wie ein diskontinuierliches Verfahren angewendet werden. Den wichtigsten kontinuierlichen Verfahren gemein ist dabei, daß die Bandpresse aus einer Vielzahl einzelner nacheinander angeordneter Pressensegmente besteht (Abb. 1). Eine deratige Presse beschreibt z. B. H. Soiné in Holz als Roh- und Werkstoff 42 (1984), Seiten 63 - 66. Von derartigen Bandpressen mit nacheinander angeordneten Pressensegmenten geht die Erfindung aus.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfachereres und billigeres Verfahren zur Steuerung des Produktionsablaufes zur Verfügung zu stellen und eine entsprechende Vorrichtung anzugeben.
  • Diese Aufgabe wir durch das Verfahren nach dem Anspruch 1 bzw. die Vorrichtung nach dem Anspruch 6 gelöst.
  • Zum besseren Verständnis der Erfindung sei nun noch zunächst auf die Grundlagen des Abbindemechanismus exotherm erhärtender Bindemittel am Beispiel von Gips eingegangen: Die Herstellung von Produkten auf der Basis von Gips beruht auf den Vorgängen der De- und Rehydratation. Beim Brennen von Gips-Dihydrat (

            CaSO4 ` 2 H2O

    ) entstehen durch Dehydratation bei entsprechenden Brennbedingugen sulfatische Bindemittel, die im wesentlichen aus Halbhydrat (

            CaSO4 ` 1/2 H2O

    ) bestehen.
  • Beim Anmachen des Bindemittels mit Wasser geht das Halbhydrat bis zur Sättigungskonzentration in Lösung, es bildet sich durch Hydratation wieder Dihydrat, dessen Löslichkeit nur etwa den vierten Teil von der des Halbhydrats beträgt, so daß sich aus der an Dihydrat übersättigenden Lösung Dihydrat in kristalliner Form abscheidet. Dieser Vorgang setzt sich bis zur vollständigen Umwandlung des Halbhydrats in Dihydrat fort, und es entsteht auf diese Weise ein polykristalliner, raumbeständiger Festkörper.
  • Der zeitliche Ablauf des Hydratationsprozesses wird in der Technik durch die Kenngrößen Versteifungsbeginn, Versteifungsende und Hydratationsende charakterisiert. Hierbei bezeichnen der Versteifungsbeginn und das Versteifungsende eine bestimmte Konsistenz der Gipsmischung, das Hydratationsende kennzeichnet das Ende der Umsetzung von Halbhydrat zum Dihydrat. Diese Zeitkenngrößen werden jeweils vom "Einstreubeginn" an gerechnet, also vom Zeitpunkt des Zusammentreffens von Bindemittel und Wasser.
  • Bei der Herstellung bestimmter plattenförmiger Werkstücke auf Gipsbasis wird nun ein Verdichtungsvorgang angewendet, zum Beispiel bei der Herstellung von faserverstärkten Gipsplatten oder gipsgebundenen Spanplatten in einem Halbtrockenverfahren. Nach dem Stand der Technik gilt die Regel, daß der Verdichtungsvorgang spätestens mit dem Versteifungsbeginn anfangen und frühestens nach Versteifungsende, besser noch nach Hydratationsende, beendet werden darf; nur so wird die maximale Festigkeit des Werkstoffes gewährleistet.
  • Für die genannten Herstellungsverfahren können - wie bereits erwähnt - kontinuierliche Anlagen verwendet werden, die gegenüber diskontinuierlichen höhere Fertigungskapazitäten ermöglichen und bei denen eine fertigungstechnisch vorteilhafte, kontinuierliche Mischung und Formung verwirklicht werden kann. Eine solche Anlage ist ausschnittsweise in Abb. 1 dargestellt.
  • Auf einer derartigen Bandpresse wird nun die Frischmasse nach dem Einstreuen bis zum Hydratationsende verdichtet. Dabei wird die Volumenvergrößerung des erhärteten Bindemittels nach bisheriger Herstellungstechnik behindert. Es entsteht dabei deshalb ein meßbarer Quelldruck.
  • Erfindungsgemäß wird nun dieser Quelldruck zur Steuerung des Produktionsablaufs eingesetzt.
  • Das Hydratationsende ist immer dann erreicht, wenn keine Zunahme des Quelldrucks mehr festgestellt werden kann. Abb. 2 zeigt eine Temperaturzeitkurve gegenüber der Druckzeitkurve. Daraus geht hervor, daß die Messung des Quelldrucks die selben Ergebnisse liefert, wie die der Temperatur. Die Erfindung hat aber entscheidende Vorteile gegenüber dem Stand der Technik. Erstens sind keine zusätzlichen Vorrichtungen wie z. B. eine Temperaturmeßeinrichtung nötig, und zweitens ist die Messung des Quelldrucks nicht von Umgebungseinflüssen abhängig.
  • Die Erfindung hat aber noch weitere Vorteile. So ist es erfindungsgemäß möglich, wenn der maximale Quelldruck und damit das Hydratationsende erreicht ist, die nachfolgenden Pressensegmente auf Null zu stellen. Dadurch wird eine entscheidende Energieeinsparung erreicht. Dies ist deshalb bedeutend, weil durch Zugabe von Stellmitteln (Verzögerern/Beschleunigern) das Abbindeverhalten in Grenzen beeinflußt werden kann. Somit kann z. B. bei Zugabe eines Beschleunigers das Hydratationsende zeitlich früher erreicht werden, so daß an und für sich eine "kürzere" Bandpresse ausreichen würde. Im erfindungsgemäßen Verfahren werden nun aber nach dem Hydratationsende die darauf folgenden Pressensegmente auf Null gestellt, so daß diese keine Arbeit mehr verrichten und dadurch eine Energieeinsparung erreicht wird. Bei allen Verfahren des Stands der Technik ist eine derart differenzierte Steuerung nicht möglich. In all diesen Fällen muß die Bandpresse bis zum Ende ihrer Baulänge Arbeit verrichten. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann somit die Arbeit, die die Pressensegmente nach Erreichung des Hydratationsendes verrichten müssten, eingespart werden. Die Nullstellung des nachfolgenden Pressensegmentes erfolgt dann, wenn bezügliches des Druckes P die Bedingung
    Figure imgb0001
     und P (n+1) ​ < ̲ P n
    Figure imgb0002
     erfüllt ist.
  • Erfindungsgemäß ist es natürlich genau so möglich, die Verdichtung bei einem gewünschten Quelldruck abzubrechen. Dies kann z. B. zu Forschungszwecken über den Abbindemechanismus von Interesse sein. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht es auch statt des absoluten Drucks zur Steuerung des Produktionsablaufes, den Differentialquotienten aus Druck pro Zeiteinheit zu verwenden.
  • Die Vorrichtung nach der Erfindung zur Durchführung dieses Verfahrens, wird anhand der Abbildungen näher erläutert. Abb. 1 zeigt ausschnittsweise den Aufbau einer kontinuierlichen Bandpresse 1 mit nacheinander angeordneten Pressensegmenten 4. Abb. 1 zeigt weiter eine Vliesübergabevorrich tung 2 und eine Plattenentnahmevorrichtung 3. Abb. 3 zeigt die Druckmessung und die Steuereinrichtung.
  • Die Vorrichtung besteht für jedes einzelne Pressensegment aus einem Soll-Ist-Wert-Vergleicher 5, einer Abstandsmeßeinrichtung 6 und einer Pumpe 7. Jedes einzelne Pressensegment 4 ist dann noch mit einem Vergleicher 8 verbunden.
  • Ein Vorteil der Erfindung liegt nun darin, daß die Abstandsmeßeinrichtung bei den bereits bekannten Bandpressen aus dem Stand der Technik vorhanden ist. Als zusätzliche Vorrichtung ist nun noch lediglich ein Vergleicher 8 vorgesehen, der die einzelnen Drücke der einzelnen Pressensegmente 4 vergleicht.
  • Wird nun eine Mischung über die Vliesübergabevorrichtung 2 der Presse zugeführt, so wird diese entsprechend der Vorgabe (z.B. vorgegebene Plattendicke) durch die Bandpresse 1 verdichtet. Der nötige Druck wird durch die einzelnen Pressensegmente 4 (entspricht den Zylindern) aufgebracht. Stellt nun die Abstandsmeßeinrichtung 6 eine Abweichung vom Sollwert fest, so wird über die Pumpe 7 nachgeregelt, so daß immer die vorgegebene Dicke eingehalten werden kann. Erfindungsgemäß werden nun diese Druckmeßwerte an den Vergleicher 8 weitergegeben. Ist nun die Bedingung P (n-1) < P n
    Figure imgb0003
     und P (n+1) ​ < ̲ P n
    Figure imgb0004
     erfüllt, so wird mittels der Steuerung das nachfolgende Pressensegment auf Null geschaltet. Dies ist in Abb. 4 an zwei Meßpunkten veranschaulicht.
  • Abb. 4 zeigt den charakteristischen Verlauf des Quelldrucks gegenüber der Zeit. Hierbei zeigt Beispiel 1, daß die Bedingung P (n-1) < P n
    Figure imgb0005
     nicht erfüllt ist. In diesem Fall wird also demnach das nachfolgende Pressensegment nicht auf Null gestellt. Beispiel 2 zeigt einen Fall, bei dem die Bedingung
    Figure imgb0006
    Figure imgb0007
     und P (n+1) ​ < ̲ P n
    Figure imgb0008
     erfüllt ist. In diesem Fall wird also das nachfolgende Pressensegment auf Null gestellt. Die restlichen Pressensegmente müssen demnach keine Arbeit mehr verrichten. Das ganze System ist damit exakt steuerbar und kommt mit einer minimalen Energie aus.
  • Die Erfindung gibt demnach erstmalig einen Weg an, wie eine kontinuierliche Bandpresse 1 mit geringem apparativen Aufwand optimal gesteuert werden kann. Der weitere Vorteil liegt darin, daß für dieses Verfahren Vorrichtungsteile verwendet werden können, die bereits an gängigen Bandpressen des Standes der Technik vorhanden sind. Nach der Erfindung wird also der Umstand zunutze gemacht, daß der Quelldruck zur Steuerung verwendet wird, und es wird dazu eine Vorrichtung angegeben.

Claims (8)

  1. Verfahren zur Steuerung des Produktionsablaufes bei der kontinuierlichen Herstellung von gipsgebundenen Werkstücken, bei der die Frischmasse mit einer Bandpresse oder dergleichen, bestehend aus einer Vielzahl nacheinander angeordneter Pressensegmente, bis zum Hydratationsende verdichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der bei der Hydratation entstehende Quelldruck gemessen und zur Steuerung des Produktionsablaufes verwendet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erforderliche Druck P in den einzelnen nacheinander angegeordneten Pressensegmenten mit Hilfe des Quelldrucks geregelt wird und daß bei Erfüllung der Bedingung P (n-1) < P n
    Figure imgb0009
     und P (n+1) ​ < ̲ P n
    Figure imgb0010
     der Druck P (n+2)
    Figure imgb0011
     in dem nachfolgenden Pressensegment auf Null gestellt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Pressvorgang bei Erreichen eines vorgegebenen Druckes abgebrochen wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Differentialquotient aus dem Quelldruck pro Zeiteinheit ermittelt wird und dieser Differentialquotient zur Steuerung des Produktionsablaufes verwendet wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem bestimmten vorgegebenen Differentialquotienten der Pressvorgang abgebrochen wird.
  6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes einzelne Pressensegment (4) der Plattenpresse eine Abstandsmesseinrichtung (6), einen Soll-Ist-Wert-Vergleicher (5), sowie eine Pumpe (7) für das Druckmedium zur Betätigung der Pressensegmente (4) aufweist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Pressensegmente (4) mit einem Vergleicher (8) verbunden sind, der die Drücke der einzelnen Pressensegmente (4) vergleicht.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleicher (8) zusätzlich mit den einzelnen Pressensegmenten (4) verbunden ist und diese steuern kann.
EP19900119654 1989-11-28 1990-10-13 Process and apparatus for controlling the manufacturing process in the continuous production of elements having a plaster binder Withdrawn EP0429820A3 (en)

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