DE102007000679A1

DE102007000679A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Erfassen eines Risses und/oder eines Elastizitätsmoduls einer Materialbahn

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Publication number: DE102007000679A1
Application number: DE200710000679
Authority: DE
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2007-11-09
Filing date: 2007-11-09
Publication date: 2009-05-14
Also published as: WO2009059860A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen eines Risses und/oder zum Bestimmen eines Elastizitätsmoduls (E) einer Materialbahn (2), insbesondere Faserstoffbahn, in einer Maschine zur Herstellung derselben zwischen zwei Fixpunkten (3.1, 3.2), bei welchem die Materialbahn (2) am ersten der Fixpunkte (3.1) mittels einer Antriebseinrichtung (5.1) mit einer Soll-Geschwindigkeit (v_ref(i)) angetrieben wird und ein Maß entsprechend dem Elastizitätsmodul (E) der Materialbahn (2) bestimmt wird. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zum Bestimmen des Maßes entsprechend dem Elastizitätsmodul (E) ein Drehmomentverlauf eines Ist-Drehmoments (M(i)) der Antriebseinrichtung (5.1) erfasst und ausgewertet wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erfassen eines Risses und/oder eines Elastizitätsmoduls einer Materialbahn, insbesondere Faserstoffbahn in einer Maschine zur Herstellung derselben zwischen zwei Fixpunkten bei welchem die Materialbahn am ersten der Fixpunkte mittels einer Antriebseinrichtung mit einer Soll-Geschwindigkeit angetrieben wird und ein Maß entsprechend dem Elastizitätsmodul der Materialbahn bestimmt wird und eine Vorrichtung zum Durchführen eines solchen Verfahrens.
Üblicherweise werden zum Erfassen eines Risses einer Materialbahn, insbesondere eines Papierrisses zwischen zwei in Durchlaufrichtung der Materialbahn vordefinierten Fixpunkten beziehungsweise Bereichen in einer Maschine zur Herstellung derartiger Materialbahnen Vorrichtungsanordnungen eingesetzt, welche mittels eines eigenständigen Sensors einen Riss erfassen. Bei den Materialbahnen handelt es sich um Faserstoffbahnen, insbesondere in Form von Papier-, Karton- oder Tissuebahnen.
US 2006 0070713 A1 offenbart ein Übertragungssystem für Papierbahnen in einer Trockenpartie, bei welchem unter anderem eine optische Erfassungsanordnung im Bereich der Papierbahn angeordnet ist, um einen Papierriss zu erfassen.
US 5,289,007 beschreibt eine Bahnriss-Erfassungsvorrichtung zum Erfassen eines Risses in einer Bahn, wobei die Bahn zwischen einem Infrarotlicht-Emitter und einem Infrarotlicht-Empfänger entlang läuft und bei intakter Bahn einen Durchtritt des Infrarotlichtes zwischen Emitter und Detektor verhindert.
EP 0 660 898 A1 beschreibt eine Vorrichtung, bei welcher ein Unterdruck an einer vorbeigeführten Bahn anliegt, um im Fall eines Risses eine plötzliche Druckänderung erfassen zu können. DE 101 57 915 A1 beschreibt ein Verfahren zur Bahnrissüberwachung und eine Maschine zur Durchführung des Verfahrens, bei denen eine Materialbahn mittels mindestens eines den Bahnzug erfassenden und an der Messeinrichtung angebrachten Sensors auf einen Bahnriss hin überwacht wird, so dass bei erkanntem Bahnabriss mindestens eine Abschlagvorrichtung aktiviert werden kann.
DE 101 57 914 A1 beschreibt ein Verfahren zur Bahnabrissüberwachung und eine Maschine zur Durchführung eines solchen Verfahrens, bei denen ein zur Bahn benachbart angeordneter Sensor die Bahngeschwindigkeit der Bahn erfasst, um einen Bahnabriss ermitteln zu können. Als weiterer Aspekt ist angegeben, dass eine Leistungsaufnahme einer Antriebseinheit zum Antreiben einer Walze hinsichtlich deren Leistungsaufnahme überwacht werden kann, um bei einer während des Normalbetriebs veränderten Leistungsaufnahme eine Abschlagvorrichtung, insbesondere ein Abschlagmesser, aktivieren zu können. Vorteilhaft dabei ist angegeben, dass im Wesentlichen auf vorhandene Komponenten einer entsprechenden Papiermaschine zugegriffen werden kann.
EP 1 066 515 B1 beschreibt ein Verfahren zum Bestimmen einer irreversiblen Dehnung und eines dynamischen Elastizitätsmoduls einer Papierbahn. In der Produktionslinie wird dazu zwischen zwei Fixpunkten, das heißt zwischen zwei die Papierbahn spannenden Walzenanordnungen, ein Drucksensor zum Messen eines in Querrichtung gemessenen Spannungsprofils der Papierbahn gegen die Papierbahn gespannt. Ein Spannungsprofil ergibt sich dabei als Produkt aus einem Basis-Gewichtsprofil, einem dynamischen Elastizitätsmodul und einer Potenz, insbesondere der Potenz 1, von dem Subtraktionsergebnis einer von einem relativen Elastizitätswert abgezogenen irreversiblen Elastizitätskonstante. Nachteilhaft ist bei einer solchen Anordnung, dass diese sehr aufwendig konstruiert ist und die Papierbahn durch die Sensoranordnung zur Spannungsmessung beaufschlagt wird. Außerdem muss eine Vielzahl verschiedenartiger Größen vorgegeben und in einer Steuereinrichtung entsprechend berechnet und verarbeitet werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erfassen eines Papierrisses und/oder eines Elastizitätsmoduls vorzuschlagen, welche einen geringeren baulichen Aufwand und eine vorzugsweise einfachere Datenverarbeitung ermöglichen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Erfassen eines Papierrisses und/oder eines Elastizitätsmoduls mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 beziehungsweise durch eine Vorrichtung zum Erfassen eines Papierrisses und/oder eines Elastizitätsmoduls mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 9. Vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Bevorzugt wird demgemäß ein Verfahren zum Erfassen eines Risses und/oder zum Bestimmen eines Elastizitätsmoduls einer Materialbahn beziehungsweise einer diesen wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe, insbesondere eines Papierrisses, zwischen zwei Fixpunkten, bei dem die Materialbahn am ersten der Fixpunkte mittels einer Antriebseinrichtung mit einer Soll-Geschwindigkeit angetrieben wird und bei dem ein Maß entsprechend dem Elastizitätsmodul beziehungsweise eine diesen wenigstens mittelbar charakterisierende Größe der Materialbahn bestimmt wird, wobei zum Bestimmen des Maßes entsprechend dem Elastizitätsmodul beziehungsweise einer diesen wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe ein Drehmomentverlauf eines Ist-Drehmoments der Antriebseinrichtung erfasst und ausgewertet wird. Dabei wird eine ohnehin für den Betrieb der Maschine, insbesondere deren Steuerung zu ermittelnde Größe erfasst, so dass sich der Aufwand für das erfindungsgemäße Verfahren relativ gering hält. Insbesondere kann auf diese Größe beispielsweise über die Steuerung der Maschine zur Herstellung derartiger Materialbahnen und damit der einzelnen Antriebsaggregate zugegriffen werden.
Zum Erfassen eines Papierrisses wird dabei z. B. ein Ansteigen des Ist-Drehmoments der Antriebseinrichtung als Entscheidungskriterium verwendet. Zum Bestimmen des Maßes entsprechend dem Elastizitätsmodul beziehungsweise einer diesen wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe wird bevorzugt ein Ist-Drehmoment einer zweiten Antriebseinrichtung verwendet, welche am zweiten Fixpunkt zum Antreiben der Materialbahn verwendet wird. Zum Erfassen eines Risses der Materialbahn kann ein Abfallen eines Ist-Drehmoments der zweiten Antriebseinrichtung verwendet werden.
Eine Entscheidung eines Erfassens eines Risses der Materialbahn wird bevorzugt abhängig gemacht von einer nicht oder nur innerhalb eines Grenzwertes veränderten Soll-Geschwindigkeit zumindest einer Antriebseinrichtung. Das Erfassen eines Risses der Materialbahn kann auch abhängig von einem Vergleich der Ist-Drehmomente zu verschiedenen Zeitpunkten und außerhalb eines von einem Schwellwert abhängigen Toleranzbereiches bestimmt werden.
Zum Bestimmen des Elastizitätsmoduls oder eines Maßes entsprechend des Elastizitätsmoduls kann ein wirkendes Moment an der Materialbahn und/oder ein Ist-Drehmoment zu einem Zeitpunkt vor einem Abriss der Materialbahn über einem Geschwindigkeitsverhältnis aufgetragen werden.
Durch das Verfahren erfasste und/oder bestimmte Parameter einschließlich des Elastizitätsmoduls oder eines auf das Elastizitätsmodul bezogenen Maßes werden bevorzugt zur späteren Verarbeitung oder Verwendung zur Steuerung der Papiermaschine in einem Speicher gespeichert.
Bevorzugt wird außerdem eine Vorrichtung zum Erfassen eines Risses und/oder zum Bestimmen eines Elastizitätsmoduls beziehungsweise einer diesen wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe einer Materialbahn, insbesondere einer Papierbahn, mit zumindest zwei Fixpunkten, zwischen welchen die Materialbahn in gespanntem Zustand verläuft, mit zumindest einer Antriebseinrichtung am ersten Fixpunkt zum Antreiben der Materialbahn in Richtung des zweiten Fix- Punktes und mit einer Steuereinrichtung zum Steuern der Antriebseinrichtung und/oder zum Auswerten erfasster Parameter, wobei die Steuereinrichtung ein Ist-Drehmoment zumindest der Antriebseinrichtung beim ersten Fixpunkt erfasst und zum Ermitteln eines Anstiegs des Ist-Drehmoments ausgelegt und/oder programmiert ist zum Bereitstellen des daraus berechneten Elastizitätsmoduls der Materialbahn vor einem Abriss der Materialbahn hinter dem ersten Fixpunkt und/oder zum Bestimmen eines Maßes entsprechend diesem Elastizitätsmodul.
Die Steuereinrichtung ist bevorzugt zum Erfassen eines Ist-Drehmoments einer zweiten Antriebseinrichtung beim zweiten Fixpunkt ausgelegt und ausgebildet oder programmiert, das Ist-Drehmoment der zweiten Antriebseinrichtung zusätzlich zu dem Ist-Drehmoment der Antriebseinrichtung des ersten Fixpunktes zum Bestimmen des Elastizitätsmoduls und/oder des diesem entsprechenden Maßes zu verwenden.
Die Steuereinrichtung kann ausgelegt und/oder programmiert sein zum Analysieren einer Soll-Geschwindigkeit zumindest der Antriebseinrichtung am ersten Fixpunkt zum Erfassen eines Risses der Materialbahn bei Änderung des Ist-Drehmoments nur für den Fall der während der Änderung gleich oder innerhalb eines Toleranz-Schwellwertes gebliebenen Soll-Geschwindigkeit.
Vorzugsweise ist die Vorrichtung mit einer Speichereinrichtung zum Speichern eines zumindest für den Fall eines erfassten Risses der Materialbahn bestimmten Elastizitätsmoduls und/oder eines diesem entsprechenden Maßes ausgestattet.
Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 schematisch eine beispielhafte Anordnung einer zwischen Fixpunkten geführten Papierbahn und einer Steuereinrichtung zum Steuern von Antrieben und zum Auswerten von erfassten Parametern;
2 beispielhafte Diagramme zur Veranschaulichung eines Antriebsverhaltens während eines Papierrisses anhand Geschwindigkeit und Momentdaten, welche im Bereich eines Walzenantriebes wirken;
3 beispielhaft Komponenten einer Schaltungsanordnung zur Erfassung eines Bandrisses, wobei derartige Komponenten auch in Form eines Software-Algorithmus umsetzbar sind;
4 ein Diagramm eines Abrissmoments über einem Geschwindigkeitsverhältnis für zwei verschiedene Bahnmaterialien; und
5 Komponenten einer Schaltungsanordnung beziehungsweise Verfahrensschritte eines Algorithmus zur Bestimmung eines Papier-Elastizitätsmoduls.
1 verdeutlicht in schematisiert vereinfachter Darstellung anhand eines Ausschnittes aus einer Maschine 1 zur Herstellung einer Materialbahn 2, insbesondere Faserstoffbahn, zwei in Durchlaufrichtung der Materialbahn 2 hintereinander angeordnete Antriebsgruppen 4.1, 4.2, wie diese beispielsweise in einer Pressenpartie verwendet werden können. Bevorzugt wird das System immer da eingesetzt, wo ein Mindestbandzug vorherrscht, beispielsweise in einer Pressenpartie. Die Antriebsgruppen 4.1 und 4.2 sind hier als Presseinrichtungen 12, 13 ausgebildet, umfassend jeweils zwei, einen Presspalt bildende Walzen, zwischen denen die Materialbahn 2 gestützt über zumindest ein Filzband 14 hindurchgeführt wird. Denkbar ist jedoch auch der Einsatz in anderen Bereichen, beispielsweise einer Trockengruppe.
Die Materialbahn 2 ist dabei zwischen zwei Fixpunkten 3.1, 3.2 geführt, wobei unter einem Fixpunkt ein Bahnpunkt zu verstehen ist, in welchem die Materialbahn eingespannt, insbesondere schlupffrei geführt ist. Zwischen zwei solchen Fixpunkten 3.1, 3.2 können dabei anstelle einer geradlinigen Führung der Materialbahn 2 auch Umlenkungen der Materialbahn 2 durch Walzen, Leitrollen oder die Materialbahn bearbeitende Komponenten erfolgen. Im Rahmen einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist sogar denkbar, eine entsprechende Anordnung mit nur einem einzigen Fixpunkt umzusetzen, an welchem eine Parameterüberwachung stattfindet.
Die Antriebsgruppen 4.1, 4.2 umfassen hier zumindest jeweils eine Antriebswalze, an welcher die Materialbahn 2 mit einem Filzband 19 durch eine Rotation der Walzen der Antriebsgruppen 4.1, 4.2 in Maschinenrichtung, d. h. Durchlaufrichtung L der Materialbahn 2 vorgeschoben wird.
Zum Antreiben jeweils einer der Walzen der Antriebsgruppen 4.1 beziehungsweise 4.2 der Fixpunkte 3.1 beziehungsweise 3.2 dienen Antriebseinrichtungen 5.1 beziehungsweise 5.2.
Zur Steuerung der Antriebseinrichtungen 5.1, 5.2 dient eine Steuereinrichtung 7. Die Steuereinrichtung 7 kann beispielsweise durch eine Schaltungsanordnung ausgebildet sein, welche aus einer Vielzahl einzelner Komponenten besteht, die Steuereinrichtung 7 kann aber auch aus einem Prozessor mit entsprechend geeigneten externen Schnittstellen sowie einem Steueralgorithmus zur Steuerung des Prozesses ausgestaltet sein. Von der Steuereinrichtung 7 werden Steuersignale, insbesondere Stellgrößen für die Antriebseinrichtungen 5.1, 5.2 ausgegeben, um die Antriebseinrichtungen 5.1, 5.2 zur Realisierung einer gewünschten Soll-Geschwindigkeit v_ref(i), v_ref(i + 1) mit i = 1 bis n anzutreiben. Der Index i bezieht sich dabei immer auf die Angabe der entsprechenden Antriebsgruppe 4.i. Die Soll-Geschwindigkeit v_ref(i) beziehungsweise v_ref(i + 1) entspricht dabei der Geschwindigkeit, mit welcher die Materialbahn 2 an den hintereinander angeordneten Antriebsgruppen 4.1, 4.2 geführt werden soll. Um diese zu erzielen sind entsprechende Stellgrößen Yv_ref(i) beziehungsweise Yv_ref(i + 1) zu bilden, die dann zur Ansteuerung der Stelleinrichtungen der Walzen der Antriebsgruppen 4.1, 4.2 verwendet werden. Zur Übertragung dienen beispielsweise fest verkabelte Leitungen 8.1, 8.2. Jedoch sind auch andere Mechanismen zur Übertragung von Steuersignalen möglich, das heißt neben leitungsgebundenen Signalen oder Strömen auch drahtlose Systeme, beispielsweise per Funk- oder Infrarotschnitt stellen übertragene Signale. Neben der Vorgabe und der Übertragung der Stellgrößen zur Erzielung einer Soll-Geschwindigkeit v_ref(i), v_ref(i + 1) können von der Steuereinrichtung 7 auch weitere Steuergrößen an die Antriebseinrichtungen 5.1 beziehungsweise 5.2 übertragen werden, wie beispielsweise eine Stellgröße Y zur Einstellung eines Soll-Drehmoment Ms(i) beziehungsweisebeziehungsweise Ms(i + 1), wobei in diesem beispielhaften Fall die Antriebseinrichtungen 5.1 beziehungsweise 5.2 entsprechende Steuereinrichtungen zur Einregelung der entsprechenden Soll-Drehmomente Ms(i) beziehungsweise Ms(i + 1) aufweisen.
Außerdem werden seitens der Steuereinrichtung 7 von den Antriebseinrichtungen 5.1, 5.2 Parameter empfangen. Für das Verfahren zum Erfassen eines Papierrisses werden ein Istwert, insbesondere eine Ist-Geschwindigkeit v(i), v(i + 1) und ein Ist-Drehmoment M(i), M(i + 1) von den Antriebseinrichtungen 5.1 beziehungsweise 5.2 empfangen. Die Steuereinrichtung 7 ist ausgestaltet und/oder programmiert, durch einen Vergleich der empfangenen Ist-Parameter mit den Soll-Parametern einen Papierriss zu detektieren und außerdem zumindest eine, einen Elastizitätsmodul E wenigstens mittelbar, d. h. direkt oder über weitere Parameter zu bestimmen. Über eine entsprechende Leitung 9 können derart bestimmte Parameter zusammen mit Soll-Parametern und Ist-Parametern sowie weiteren Parametern in einer Speichereinrichtung 10 abgespeichert werden, um für Analyse- und Steuerzwecke zu einem späteren Zeitpunkt auf derart gespeicherte Werte zugreifen zu können. Die Speichereinrichtung 9 kann auch in der Steuereinrichtung 7 integriert sein.
Optional ist eine solche Maschine 1 außerdem mit einer Abschlagvorrichtung 6 ausgestattet, welche ein Abschlagmesser 6.1 aufweist und vor dem ersten der Fixpunkte 3.1 angeordnet ist. Bei Erfassen eines Papierrisses hinter dem ersten der Fixpunkte 3.1 kann die Steuereinrichtung 7 über eine entsprechende Leitung 6.2 die Abschlagvorrichtung 6 ansteuern, mittels des Abschlagmessers 6.1 die Materialbahn 2 zu trennen. Dadurch kann ein Materialbahnstau vermieden werden. Und im Bereich der Pressenpartie der Maschine 1 kann gegebenenfalls die Pickup-Walze abgehoben werden.
Die Steuereinrichtung 7 ist entsprechend zum Detektieren eines Papierrisses zwischen beispielsweise zwei verschiedenen Presseinrichtungen 12, 13, welche durch die Fixpunkte 3.1, 3.2 ausgebildet werden, und im Falle eines solchen Papierrisses zum Bestimmen des Elastizitätsmoduls des Papiers der Materialbahn 2 ausgestaltet, Ist-Drehmomente M(i), M(i + 1) zumindest einer der Antriebseinrichtungen 5.1, 5.2 sowie Ist-Geschwindigkeiten v(i), v(i + 1) der Materialbahn 2 zwischen den durch die Antriebseinrichtungen 5.1, 5.2 angetriebenen Walzen 4.1, 4.2 auszuwerten. Dabei kann äquivalent zur Antriebsgeschwindigkeit der Materialbahn 2 als der Ist-Geschwindigkeit v(i), v(i + 1) auch eine Antriebsgeschwindigkeit oder Rotationsgeschwindigkeit der Antriebseinrichtungen 5.1, 5.2 selber angesetzt werden, was insbesondere im Fall einer Getriebeübertragung zwischen der Antriebseinrichtung 5.1, 5.2 und den entsprechend angetriebenen Walzen 4.1, 4.2 zweckmäßig sein kann.
2 zeigt im oberen Teil des Diagrammes den zeitlichen Verlauf der Zustände an der ersten Presseinrichtung 12 und im darunter liegenden Teil die Verhältnisse an der Presseinrichtung 13. Im oberen Teil sind über die Zeit t ein zeitlicher Verlauf eines Momentes, insbesondere Ist-Drehmomentes M(i) der Materialbahn 2 an der Antriebsgruppe 4.1 am ersten Fixpunkt 3.1 skizziert. Im darunterliegenden Diagramm ist entsprechend der Geschwindigkeitsverlauf der Ist-Geschwindigkeit v(i) der Materialbahn 2 im ersten Fixpunkt 3.1 aufgetragen. Im darunter liegenden zweiten Diagramm ist über einen zeitlichen Verlauf ein Moment, insbesondere ein Ist-Drehmoment M(i + 1) der Materialbahn 2 an der Antriebsgruppe 4.2 am zweiten Fixpunkt 3.2 skizziert. Im darunterliegenden Diagramm ist entsprechend die Ist-Geschwindigkeit v(i + 1) der Materialbahn 2 im Bereich des zweiten Fixpunktes 3.2 veranschaulicht. Erkennbar ist in einem ersten seitlichen Abschnitt bis zum Zeitpunkt tx mit einem kontinuierlichen und ungestörten Betrieb, dass die Parameterwerte, das heißt die Ist-Drehmomente M(i), M(i + 1) und die Ist-Geschwindigkeiten v(i), v(i + 1) auf einem jeweils etwa kontinuierlich konstanten Wert verbleiben. Dargestellt ist beispielhaft, dass bei einem Verlauf über die Zeit t zu einem Zeitpunkt tx letzte reguläre Parameter erfassbar sind, während unmittelbar nachfol gend ein Papierriss stattfindet, so dass zu einem nachfolgenden Zeitpunkt tx + 1 bereits ein Störungszustand der Papiermaschine 1 aufgetreten ist. Dabei werden die diskreten Zeitpunkte für das Erfassen der Parameter so gewählt, dass abhängig insbesondere von der Ist-Geschwindigkeit v(i) der Materialbahn 2 eine ausreichend schnelle und ausreichend genaue Erfassung eines Störungszustands sichergestellt wird. Das entsprechende Abtastintervall ist durch einfache experimentelle Untersuchungen einfach feststellbar.
Im Bereich der dem Papierriss vorgelagerten Gruppe, das heißt beim ersten Fixpunkt 3.1, ist ein Geschwindigkeitseinbruch der Ist-Geschwindigkeit v(i) und eine Momentenerhöhung des Ist-Drehmoments M(i) erfassbar. Dies ist dadurch bedingt, dass aufgrund des aufgebrachten Papierzuges beziehungsweise Zuges der Materialbahn 2 es während der Produktion zum Ziehen der vorgelagerten Presseinrichtung 12 durch die nachgelagerte Presseinrichtung 13 oder beispielsweise ein nachgelagertes Aggregat kommt. Sobald das Papier reißt, ist diese Verbindung nicht mehr gegeben. Daher sinkt beim Riss sofort die Geschwindigkeit am ersten Fixpunkt 3.1 und die Antriebseinrichtung 5.1 am ersten Fixpunkt 3.1 muss das Moment erhöhen, um die Ist-Geschwindigkeit v(i) wieder auf den Sollwert, das heißt die Soll-Geschwindigkeit v_ref(i) zu bringen. Entsprechend ergibt sich für die nachgelagerte Gruppe, das heißt die Antriebseinrichtung 5.2 beim zweiten Fixpunkt 3.2, welche zieht, beim Papierriss eine Beschleunigung aufgrund des überschüssigen Momentes. Daher muss die zweite Antriebseinrichtung 5.2 beim zweiten Fixpunkt 3.2 das Moment zurücknehmen, um die dortige Soll-Geschwindigkeit v_ref(i + 1) wieder einzustellen. Entsprechend nimmt nach dem Papierriss beim zweiten Fixpunkt 3.2 abrupt die Ist-Geschwindigkeit v(i + 1) zu, während das Ist-Drehmoment M(i + 1) abrupt abnimmt.
Mathematisch gilt dabei vor dem Abriss: M(i) = M_erforderlich(i) + M_Papierzug(i – 1, i) – M_Papierzug(i, i + 1)mit i als index für die Antriebsgruppe, hier i = 1, M_erforderlich(i) als dem erforderlichen Drehmoment an der i-ten Antriebsgruppe und M_Papierzug dem wirkenden Drehmoment des Papierzuges zwischen zwei aufeinanderfolgenden Antriebsgruppen.
Nach dem Abriss gilt: M(i) = M_erforderlich(i) + M_Papierzug(i – 1, i),mit i als Index für die Antriebsgruppe, hier i = 1, M_erforderlich(i) als dem erforderlichen Drehmoment an der i-ten Antriebsgruppe und M_Papierzug dem wirkenden Drehmoment des Papierzuges zwischen zwei aufeinanderfolgenden Antriebsgruppen, hier der vorgelagerten Arbeitsgruppe und der i-ten Arbeitsgruppe.
Aus der Differnz der Momente vor dem Abriss und nach dem Abriss erhält man das Zugmoment.
Während des Laufes der Papiermaschine werden somit permanent die Antriebsmomente sowie die Geschwindigkeiten von benachbarten Trockengruppen mittels eines Algorithmus und/oder einer Schaltungsanordnung in Form der Steuereinrichtung 7 beobachtet. Kommt es gleichzeitig zu einer Variation der Ist-Parameter, wie dies vorstehend beschrieben ist, so detektiert der Algorithmus beziehungsweise die Steuereinrichtung 7 einen Bandriss der Materialbahn 2. Dabei werden Schwellenwerte beziehungsweise gewisse Limitierungen berücksichtigt, welche überschritten werden müssen, um ein Auslösen durch Rauschen und systembedingte Signalschwankungen zu verhindern. Außerdem wird ein Abgleich mit den entsprechenden Soll-Parametern, insbesondere den Soll-Geschwindigkeiten v_ref(1), v_ref(i + 1) durchgeführt, um auszuschließen, dass die erfassten Änderungen der Ist-Parameter gewollt aufgrund einer Variation des Papierzuges zwischen den benachbarten Antriebsgruppen entstanden sind.
Während prinzipiell eine Umsetzung an einer einzelnen Gruppe, das heißt an einem einzelnen Fixpunkt 3.1 oder 3.2 aufgrund der dortigen Parameter möglich ist, wird bevorzugt das zeitliche Verhalten der Momente, das heißt insbesondere Ist-Drehmomente M(i), M(i + 1) der beiden benachbarten Gruppen beziehungs weise deren Antriebseinrichtungen 5.1 beziehungsweise 5.2 analysiert. Außerdem wird verifiziert, dass während der Messung keine Änderung der Soll-Geschwindigkeiten v_ref(i), v_ref(i + 1) vorgegeben wird. Optional kann zusätzlich auch das Ist-Geschwindigkeitsverhalten der Antriebseinrichtungen 5.1, 5.2 durch einen Vergleich von deren Ist-Geschwindigkeiten v(i) beziehungsweise v(i + 1) durchgeführt werden, um eine Bandrisserfassung noch sicherer zu gestalten.
3 verdeutlicht beispielhaft das Grundprinzip des erfindungsgemäße Verfahren anhand eines Blockschaltbildes, wobei auf die Darstellung einer konkreten Schaltungsanordnung zur Erfassung von Bandrissen verzichtet wurde. Diese Verfahrensschritte können über entsprechende Schaltungen oder optional auch softwaretechnisch durch einen entsprechenden Steueralgorithmus zum Steuern eines geeignet ausgestalteten Prozessors in der Steuereinrichtung 7 umgesetzt sein.
Dazu sind Erfassungseinrichtungen 16.1 bis 16.4 vorgesehen, mittels welchen zumindest eine ein Ist-Drehmomente M(i), M(i + 1) und zusätzlich die Ist-Geschwindigkeiten v(i), v(i + 1) ermittelt werden. In einer Vergleichseinrichtung 15, umfassend vier Vergleichsmodule 11.1–11.4 wird zur Analyse jeweils eines der Ist-Drehmomente M(i), M(i + 1) zu einem ersten diskreten Zeitpunkt t und zu einem nachfolgenden diskreten Zeitpunkt t+1 beziehungsweise die entsprechenden Soll-Geschwindigkeiten v_ref(i) beziehungsweise v_ref(i + 1) eingegeben. Dabei werden die später eingegebenen der Werte beispielsweise anstelle der zuerst eingegebenen Werte gesetzt und es wird jeweils ein neuer noch späterer Wert in die Anordnung eingegeben, so dass eine kontinuierliche Überwachung auf Basis von jeweils zwei Werten zwischen zwei Zeitpunkten durchgeführt wird.
Die Erfassung der Werte beziehungsweise Parameter erfolgt dabei vorzugsweise fortlaufend oder in vordefinierten zeitlichen Abständen, beispielsweise in einem gemeinsamen Takt mit einer Taktphase in der Größe von 0,05 bis 3 Sekunden. Somit gibt es nur einen Time Delay, der verwendet wird (FiFo-Buffer). Außerdem wird eine Drehmomentlimitierung M_Lim eingegeben, welche als Schwellenwert dient. Beispielsweise soll eine Schwelle mit einer Abweichung von 3% gegenüber einem kontinuierlich erfassten Wert des Ist-Drehmoments M(i) zugelassen werden.
Die Vergleichsmodule 11.1, 11.2 zum Vergleichen der Drehmomente bekommen dabei jeweils sowohl die Werte des Ist-Drehmoments M(i) der ersten Antriebseinrichtung 5.1 als auch des Ist-Drehmoments M(i + 1) der zweiten Antriebseinrichtung 5.2 zugeführt. Selbiges gilt entsprechend für die Vergleichsmodule 11.3, 11.4 zum Vergleichen der Soll-Geschwindigkeiten v_ref(i) beziehungsweise v_ref(i + 1), welchen die entsprechenden Werte der Soll-Geschwindigkeiten v_ref beziehungsweise v_ref2 der beiden Antriebseinrichtungen 5.1 beziehungsweise 5.2 angelegt werden. Von den Vergleichsmodulen werden entsprechende Vergleichswerte in Form von Vergleichs- beziehungsweise Differenzwerten M_Diff(i), M_Diff(i + 1), v_Diff(i) beziehungsweise v_Diff(i + 1) ausgegeben.
Die Differenzwerte M_Diff(i), M_Diff(i + 1) und v_Diff(i), v_Diff(i + 1) der Vergleichseinrichtung 15 werden einer Auswerteinrichtung 17 zugeführt, in welcher in den Unterauswerteinrichtungen 18.1 bis 18.3 die Werte einer Auswertung unterzogen werden und ein Ausgabesignal A ausgegeben wird, welches einen Bandriss bd angibt oder nicht. Dazu wird aufgrund der anliegenden Werte bei einer Abweichung der Drehmomente innerhalb eines Zeitraums bei zugleich unveränderter Soll-Geschwindigkeit ein Signal beziehungsweise ein Wert A ausgegeben, welcher eine Drehmomentänderung und damit einen möglichen Bandriss bd anzeigt.
Anhand 4 ist ein Prinzip zur Bestimmung eines Abrissmoments über einem Geschwindigkeitsverhältnis v_rel(i) dargestellt. Skizziert sind für zwei verschiedene Materialien beispielhafter Materialbahnen zwei entsprechende Bandabriss-Drehmomentwerte.
Die Funktionsweise der E-Modulerkennung basiert dabei auf der Dauer der Geschwindigkeitsstabilisierung nach einem Papierriss im Bereich von typischer weise einer Minute. Je nach Geschwindigkeiten und Material der Materialbahn 2 können jedoch auch davon deutlich abweichende Zeitbereiche zu betrachten sein. Während der Dauer der Geschwindigkeitsstabilisierung kann man davon ausgehen, dass sich die Umgebungsbedingungen, beispielsweise Einwirkungen angelegter Schaber oder von Reibungen, nicht wesentlich ändern. Befindet sich der Abriss an einer Abschlagposition und wird in vorhergehenden Gruppen das Papier beziehungsweise die Materialbahn 2 nach dem Abriss nicht in vorgelagerten Gruppen abgeschlagen, so bleibt der Papierzug beziehungsweise Bahnzug, welcher auf die Materialbahn 2 einwirkt, bis zur Abrissgruppe, das heißt, mit dem Ist-Drehmoment M(i) vorliegend beispielsweise bis zu dem ersten Fixpunkt 3.1 erhalten. Damit kann das vor dem Abriss angewandte Zugmoment über die Variation im angewandten Moment ermittelt werden.
Vor dem Abriss gilt entsprechend: M(i) = M_erforderlich(i) + M_Papierzug(i – 1, i) – M_Papierzug(i, i + 1).
Nach dem Abriss gilt entsprechend: M(i) = M_erforderlich(i) + M_Papierzug(i – 1, i).
Wird nun das Ist-Drehmoment M(i) vor dem Abriss von jenem Ist-Drehmoment M(i) nach dem Abriss abgezogen, erhält man das Zugmoment. Ein Auftragen dieser Zugmomente oder des Papierzugs über dem Geschwindigkeitsverhältnis, welcher auch als Draw bezeichnet wird, führt zu dem Diagramm gemäß 4, welches zum E-Modul der Materialbahn 2, das heißt insbesondere zum Elastizitätsmodul von Papier verwandt ist.
Risse in der Materialbahn 2, insbesondere Risse in einer Papierbahn, entstehen eher bei höheren Zügen beziehungsweise einwirkenden Momenten. Ursachen sind üblicherweise seitliche Einrisse, Löcher oder Faltenbildung. Durch eine konsequente Aufzeichnung der Papierrisse können gute Aussagen über den Verlauf des oberen Bereichs der E-Modul-Kurve des entsprechenden Papiers beziehungsweise der entsprechenden Materialbahn 2 gewonnen werden. Bevor zugt werden daher entsprechende Parameter und daraus gewonnene Parameter in der Speichereinrichtung 10 zur direkten und/oder späteren Analyse und Verwendung gespeichert.
5 zeigt beispielhaft ein Verfahren zum Bestimmen des Elastizitätsmoduls der Materialbahn 2 beziehungsweise einer diesen wenigstens mittelbar beschreibenden Größe beziehungsweise eines einem solchen Elastizitätsmodul entsprechenden Maßes.
Teilweise kann dabei auf Komponenten beziehungsweise von Komponenten ausgegebene Werte zurückgegriffen werden, welche bereits anhand 3 beschrieben sind. So wird wieder auf die Soll-Geschwindigkeit v_ref(i), welche dem dritten Vergleichsmodul 11.3 zugeführt wird, zurückgegriffen. Dem dritten Vergleichsmodul 11.3 wird als zusätzliche Eingangsgröße ein Zeitdifferenzwert t_diff von zum Beispiel 30 s angelegt. Ein entsprechender Vergleichsbeziehungsweise Differenzwert v_Diff(i), welcher vom dritten Vergleichsmodul 11.3 ausgegeben wird, wird entsprechend wieder einer Auswerteinrichtung 18.2 zugeführt. Als weitere Eingangsgrößen fungieren ein von der Taktrate t_FIFO abhängiger Bahnprüfwert t_FIFO* sowie ein Triggerwert t_trig.
Der Zeitdifferenzwert t_diff wird außerdem als Steuer- beziehungsweise Taktgröße dem ersten Vergleichsmodul 11.1 angelegt beziehungsweise einem dessen Funktion entsprechenden weiteren Vergleichsmodul angelegt, welches das erste Drehmoment zum ersten Zeitpunkt M(i) als Vergleichsgröße angelegt bekommt. Die Momentdifferenz, welche als Vergleichs- beziehungsweise Differenzwert M_Diff(i) vom Vergleichsmodul 11.1 ausgegeben wird, wird direkt zur Analyse und/oder späteren Verwendung der Speichereinrichtung 10 zugeführt. In der Speichereinrichtung 10 werden zusätzlich weitere Parameter und Daten abgespeichert, wie vorzugsweise der Ausgangswert der Steuereinrichtung 7, welcher dem Elastizitätsmodul E oder einem dem Elastizitätsmodul E entsprechendem Wert zu Risszeitpunkten oder auch zu kontinuierlich erfassten Zeitpunkten entspricht. Vorzugsweise werden auch Bezugsparameter wie das jeweils zeitlich zugeordnete Geschwindigkeitsverhältnis v_rel(i) abgespeichert.
Vorteilhaft wird somit mittels einer neuartigen Verfahrensweise eine Detektierung von Bandrissen mit den im Antriebssystem vorhandenen Größen auf einfache Art und Weise ermöglicht. Dabei kann auf eine Anwendung von separaten Bandrisssensoren verzichtet werden. Sofern solche separaten Bandrisssensoren eingesetzt werden, kann deren Signal auf Plausibilität überprüft werden. Dies ist besonders bei einreihigen Trockengruppen interessant, in welchen Reflexionsmessungen mittels Bandrisssensoren nur bedingt zuverlässig funktionieren.
Besonders vorteilhaft ist die Möglichkeit der Ermittlung des absoluten Bandzuges während eines Papierrisses sowie einer E-Modul-ähnlichen Größe beziehungsweise im Idealfall des Elastizitätsmoduls E selber im Abrissfall. Der Elastizitätsmodul stellt eine vorteilhaft einsetzbare Einstellgröße für eine sichere Fahrweise der Trockenpartie einer Maschine 1 dar. Ermöglicht wird dadurch insbesondere, dass direkt die eingestellte Geschwindigkeitsdifferenz zum korrespondierenden Zugmoment korreliert werden kann.
Vorteilhafte Anwendungsbereiche sind insbesondere Pressenpartien und Trockengruppen einer Papiermaschine sowie nachgeordnete Aggregate, wie Streichaggregate, Kalander.

1: Maschine (Papiermaschine)
2: Materialbahn
3.1: Fixpunkt
3.2: Fixpunkt
4.1: Antriebsgruppe (Walze)
4.2: Antriebsgruppe (Walze)
5.1: Erste Antriebseinrichtung
5.2: Zweite Antriebseinrichtung
6: Abschlagvorrichtung
6.1: Abschlagmesser
7: Steuereinrichtung
8.1: Leitung
8.2: Leitung
9: Leitung
10: Speichereinrichtung
11.1: Erstes Vergleichsmodul
11.2: Zweites Vergleichsmodul
11.3: Drittes Vergleichsmodul
11.4: Viertes Vergleichsmodul
12: Erste Presseinrichtung
13: Zweite Presseinrichtung
14: Filzband
15: Vergleichseinrichtung
16.1: Erfassungseinrichtung
16.2: Erfassungseinrichtung
16.3: Erfassungseinrichtung
16.4: Erfassungseinrichtung
17: Auswerteinrichtung
18.1: Unterauswerteinrichtung
18.2: Unterauswerteinrichtung
18.3: Unterauswerteinrichtung
18.4: Auswerteinrichtung
A: Ausgangssignal
bd: Bandrisssignal
E: Elastizitätsmodul
i: Index der Antriebsgruppe
L: Maschinenlaufrichtung (Durchlaufrichtung)
M: Ist-Drehmoment
M(i): Ist-Drehmoment der i-ten Antriebsgruppe
M(i + 1): Ist-Drehmoment der auf die i-te Antriebsgruppe folgenden Antriebsgruppe
M_Diff(i): Vergleichs- beziehungsweise Differenzwert
M_Diff(i + 1): Vergleichs- beziehungsweise Differenzwert
M_erforderlich: Erforderliches Drehmoment
M_erforderlich(i): Erforderliches Drehmoment
M_Lim: Drehmomentlimitierung
M_Papierzug: Wirkendes Drehmoment
M_Papierzug(i, i + 1): Wirkendes Drehmoment
M_Papierzug(i – 1, i): Wirkendes Drehmoment
Ms(i): Soll-Drehmoment der i-ten Antriebsgruppe
Ms(i + 1): Soll-Drehmoment der auf die i-te Antriebsgruppe folgenden Antriebsgruppe
t: Zeit
tx: Zeitpunkt
tx + 1: Zeitpunkt
t_diff: Zeitdifferenzwert
t_FIFO: Taktrate (Gemeinsamer Takt)
t_FIFO*: Bahnprüfwert
t_trig: Triggerwert
v(i): Ist-Geschwindigkeit der i-ten Antriebsgruppe
v(i + 1): Ist-Geschwindigkeit der auf die i-te Antriebsgruppe
folgenden: Antriebsgruppe
v_Diff(i): Vergleichs- beziehungsweise Differenzwert
v_Diff(i + 1): Vergleichs- beziehungsweise Differenzwert
v_ref(i): Soll-Geschwindigkeit der i-ten Antriebsgruppe
v_ref(i + 1): Soll-Geschwindigkeit der auf die i-te Antriebsgruppe folgenden Antriebsgruppe
v_rel(i): Geschwindigkeitsverhältnis
Yv_ref(i): Stellgröße der i-ten Antriebsgruppe
Yv_ref(i + 1): Stellgröße der auf die i-te Antriebsgruppe folgenden Antriebsgruppe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 20060070713 A1 [0003]
- US 5289007 [0004]
- EP 0660898 A1 [0005]
- DE 10157915 A1 [0005]
- DE 10157914 A1 [0006]
- EP 1066515 B1 [0007]

Claims

Verfahren zum Erfassen eines Risses und/oder zum Bestimmen eines Elastizitätsmoduls (E) einer Materialbahn (2), insbesondere Faserstoffbahn in einer Maschine zur Herstellung derselben zwischen zwei Fixpunkten (3.1, 3.2), bei welchem die Materialbahn (2) am ersten der Fixpunkte (3.1) mittels einer Antriebseinrichtung (5.1) mit einer Soll-Geschwindigkeit (v_ref) angetrieben wird und ein Maß entsprechend dem Elastizitätsmodul (E) oder einer diesen wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe der Materialbahn (2) bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bestimmen des Maßes entsprechend dem Elastizitätsmodul (E) oder einer diesen wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe ein Drehmomentverlauf eines Ist-Drehmoments (M) der Antriebseinrichtung (5.1) erfasst und ausgewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erfassen eines Papierrisses ein Ansteigen des Ist-Drehmoments (M(i)) der Antriebseinrichtung (5.1) als Entscheidungskriterium verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bestimmen des Maßes entsprechend dem Elastizitätsmodul (E) oder einer diesen wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe Ist-Drehmoment (M(i + 1)) einer zweiten Antriebseinrichtung (5.2) verwendet wird, welche am zweiten Fixpunkt (3.2) zum Antreiben der Materialbahn (2) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erfassen eines Risses der Materialbahn (2) ein Abfallen eines Ist-Drehmoments (M(i + 1)) der zweiten Antriebseinrichtung (5.2) verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Entscheidung eines Erfassens eines Risses der Materialbahn (2) abhängig gemacht wird von einer nicht oder nur innerhalb eines Grenzwertes veränderten Soll-Geschwindigkeit (v_ref(i), v_ref(i + 1)) zumindest einer der Antriebseinrichtungen (5.1, 5.2).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassen eines Risses der Materialbahn (2) abhängig von einem Vergleich der Ist-Drehmomente zu verschiedenen Zeitpunkten und außerhalb eines von einem Schwellwert abhängigen Toleranzbereiches vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bestimmen des Elastizitätsmoduls oder einer diesen wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe oder eines Maßes entsprechend des Elastizitätsmoduls (E) ein wirkendes Moment an der Materialbahn (2) und/oder ein Ist-Drehmoment (M(i), M(i + 1)) zu einem Zeitpunkt vor einem Abriss der Materialbahn (2) über einem Geschwindigkeitsverhältnis (v_rel(i)) aufgetragen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Verfahren erfasste und/oder bestimmte Parameter einschließlich des Elastizitätsmoduls (E) oder eines auf das Elastizitätsmodul (E) bezogenen Maßes oder einer diesen wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe in einem Speicher (10) gespeichert werden.
Vorrichtung zum Erfassen eines Risses und/oder zum Bestimmen eines Elastizitätsmoduls (E) oder einer diesen wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe einer Materialbahn (2), insbesondere einer Papierbahn, mit zumindest zwei Fixpunkten (3.1, 3.2), zwischen welchen die Materialbahn (2) in gespanntem Zustand verläuft, mit zumindest einer Antriebseinrichtung (5.1) am ersten Fixpunkt (3.1) zum Antreiben der Materialbahn (2) in Richtung des zweiten Fixpunktes (3.2) und mit einer Steuereinrichtung (7) zum Steuern der Antriebseinrichtung (5.1) und/oder zum Auswerten erfasster Parameter, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (7) ein Ist-Drehmoment (M(i)) zumindest der Antriebseinrichtung (5.1) beim ersten Fixpunkt (3.1) erfasst und zum Ermitteln eines Anstiegs des Ist-Drehmoments (M(i)) ausgelegt und/oder programmiert ist zum Bereitstellen des daraus berechneten Elastizitätsmoduls (E) oder einer diesen wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe der Materialbahn (2) vor einem Abriss der Materialbahn (2) hinter dem ersten Fixpunkt (3.1) und/oder zum Bestimmen eines Maßes entsprechend diesem Elastizitätsmodul (E) oder einer diesen wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (7) zum Erfassen eines Ist-Drehmoments (M(i + 1)) einer zweiten Antriebseinrichtung (5.2) beim zweiten Fixpunkt (3.2) ausgelegt ist und ausgebildet oder programmiert ist, das Ist-Drehmoment (M(i + 1))) der zweiten Antriebseinrichtung (5.2) zusätzlich zu dem Ist-Drehmoment (M(i)) der Antriebseinrichtung (5.1) des ersten Fixpunktes (3.1) zum Bestimmen des Elastizitätsmoduls (E) und/oder des diesem entsprechenden Maßes zu verwenden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (7) ausgelegt und/oder programmiert ist zum Analysieren einer Soll-Geschwindigkeit (v_ref(i), v_ref(i + 1)) zumindest der Antriebseinrichtung (5.1) am ersten Fixpunkt (3.1) zum Erfassen eines Risses der Materialbahn (2) bei Änderung des Ist-Drehmoments (M(i), M(i + 1)) nur für den Fall der während der Änderung gleich oder innerhalb eines Toleranz-Schwellwertes gebliebenen Soll-Geschwindigkeit (v_ref(i), v_ref(i + 1)).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Speichereinrichtung (10) zum Speichern eines zumindest für den Fall eines erfassten Risses der Materialbahn (2) bestimmten Elastizitätsmoduls (E) und/oder einer diesen wenigstens mittelbar beschreibenden Größe vorgesehen ist.