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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung einer Faserstoffbahn,
insbesondere einer Papierbahn, aus einer Faserstoffsuspension mit mindestens
einem umlaufenden Siebband, das in einem ersten Bereich die Faserstoffbahn
fördert
und in einem zweiten Bereich zurückläuft, und
einer in dem ersten Bereich auf der von der Faserstoffbahn abgewandten
Seite angeordneten Anordnung.
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Aus
der
DE 44 02 274 A1 ist
eine Vorrichtung zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer
Papierbahn, aus einer Faserstoffsuspension mit einem Doppelsiebformer,
der zwei miteinander zusammenwirkende Siebbänder aufweist, bekannt. Die
bekannte Vorrichtung ist geeignet zum Formen einer mehrlagigen oder
mehrschichtigen Papier- oder Kartonbahn.
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Auch
aus der
DE 40 05 420
A1 ist ein als Doppelsiebformer ausgebildeter Former bekannt,
bei dem zwei Siebbänder
eine Doppelsiebzone bilden. In der Doppelsiebzone läuft das
eine Siebband über starre
Leisten, die mit gegenseitigem Abstand an einem Entwässerungskasten
angeordnet sind. In der Doppelsiebzone läuft außerdem das andere Siebband über einige
Leisten, die mittels nachgiebiger Elemente, etwa in der Form von
Federn, pneumatischer Druckkissen und dergleichen, abgestützt und mit
einer wählbaren
Kraft gegen das Siebband andrückbar
sind.
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, den Trockengehalt oder die Feuchte
einer Faserstoffbahn zu bestimmen.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass
an der Anordnung eine Messanordnung mit mindestens einem ersten
Sensor zur Messung einer Eigenschaft der Faserstoffsuspension angebracht
ist.
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Zwar
sind auch im Bereich der Papiermaschinen mit Sensoren ausgerüstete Traversen
bekannt, die quer zur Maschinenlaufrichtung bzw. zur Faserstoffbahn
traversieren. Üblicherweise
sind solche Anordnungen berührungslos über der
Papierbahn angeordnet, ohne dass die Papierbahn im Bereich der Traverse
durch ein Sieb abgedeckt ist. Solche Traversen sind im Bereich des
Formers nicht üblich,
da sie verschmutzen würden.
Die Traversen sind in einem Doppelformer lediglich im Bereich nach
der Siebtrennung einsetzbar, wären
aber auch dort eine Quelle für
Störungen.
Aus diesem Grund ist es nicht möglich,
Traversen oberhalb des Siebes einzusetzen.
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Jedoch
ist es ein neuer Ansatz der Messtechnik, Saugeinrichtungen oder
Saugelemente wie Saugkästen,
Formiersauger, Nasssauger oder sonstige Anordnungen, die üblicherweise
mit Leisten bestückt
und zudem auf der der Papier- oder
Faserstoffbahn gegenüberliegenden
Seite des Siebs positioniert sind, mit wenigstens einem Sensor auszurüsten und
durch das sich bewegende Sieb hindurch auf der Saugeinrichtung eine
Messung vorzunehmen.
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Bislang
gab es keine geeignete Methode, den Trockengehalt oder die Feuchte
der Papierbahn bereits im Former zu messen. Ferner ist es bei Spalt- (Gap-)
oder Hybridsaugern mit den Möglichkeiten des
Standes der Technik nicht möglich,
den Trockengehalt durch die Siebe hindurch im Bereich der Doppelsiebstrecke
zu messen, da keine Messmethode existiert, die es zulässt, durch
das Sieb hindurch den Trockengehalt oder andere Größen einer
auf dem Sieb liegenden oder durch das Sieb abgedeckten Faserstoffbahn
zu bestimmen. Sensoren, die bislang im Einsatz sind, sind für den Einsatz
bei der Messung eines Trockengehalts im Bereich von 5 bis 20 %,
bezogen auf den ofentrockenen Trockengehalt, gar nicht oder nur
bedingt geeignet. Mit den bislang zur Verfügung stehenden Methoden ist
somit eine verlässliche Messung
des Trockengehalts nicht möglich.
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Die
Verwendung der Leiste hat zudem den Vorteil, dass ein definierter
Abstand zwischen der Papier- oder Faserstoffbahn und dem Sensor
gegeben ist. Daneben ist aufgrund der Fixierung der Sensoren auf
der Leiste der Abstand zwischen von auf verschiedenen Leisten angebrachten
Sensoren festgelegt. Dies hat den Vorteil, dass nicht zusätzliche
Halterungen oder Traversen für
die Aufnahme der Sensoren in den Former eingebracht werden müssen, sondern
das Saug- oder Blaselement selber oder eine sonstige Anordnung bzw.
die darauf angebrachte Leiste die Tragkonstruktion darstellt.
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Durch
die Erfindung wird somit eine mit mindestens einem Sensor bestückte Einrichtung
bereit gestellt, und es wird eine mögliche Anordnung des mindestens
einen Sensors, in der dieser in einer derartigen Einrichtung positioniert
werden kann, beschrieben.
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Durch
die Erfindung wird eine Sensoranordnung geschaffen, mit der sich
der Trockengehalt einer Faserstoffbahn mindestens in einem Trockengehaltsbereich
von 5 bis 25 % präzise
messen lässt. Die
Methode ist so konzipiert, dass eine Messung des Trockengehalts
auch in einer Doppelsiebstrecke möglich ist. Die Sensoren bilden
im Falle einer Saugeinrichtung mit dem Saugelement oder der Saugeinrichtung
selbst eine Systemeinheit. Bei Verwendung vieler Sensoren ist es
möglich,
aufgrund der Feldabdeckung ein Trockengehaltsprofil zu ermitteln
und bei entsprechend hoher Frequenz der Messungen eine Vielzahl
von Messungen während
eines Siebumlaufs durchzuführen.
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Gemäß der Erfindung
ist es möglich,
dass alle Leisten im Former als Sensorleisten ausgeführt sind.
So können
im Fall einer Blaseinrichtung auch mit Leisten bestückte Blasschlitze
zum Ausblasen der Siebe in Siebreinigungsaggregaten mit Sensorleisten
ausgerüstet
sein. Eine solche Anordnung lässt
dann auch Differenzmessungen zu. Einmal wird durch das Sieb hindurch
die Faserstoffbahn gemessen und das andere Mal wird im Siebrücklauf ohne Faserstoffbahn
nur das Sieb gemessen. Die Messeinrichtung bildet dann die Differenz
zwischen den beiden Messergebnissen. Diese technische Maßnahme erhöht die Genauigkeit
der Messung, da der Einfluss des Siebs, der sich noch dazu aufgrund
der Alterung des Siebs ändert,
völlig
eliminiert wird.
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Gemäß der Erfindung
ist vorgesehen, dass in der das Sieb berührenden Fläche der Saugeinrichtung wenigstens
ein Sensor integriert ist, mittels dessen sich beispielsweise der
Trockengehalt, aber auch andere Größen wie Temperatur, Leitfähigkeit oder
Ladung der Faserstoffbahn durch das Sieb hindurch bestimmen lassen.
Hierfür
eignen sich auf optischen oder elektrischen, beispielsweise kapazitiven,
Prinzipien basierende Messmethoden, womit jedoch auch andere Möglichkeiten
nicht ausgeschlossen sind. Allgemein lassen sich verschiedene physikalische,
chemische oder technologische Parameter mittels der erfindungsgemäß eingesetzten
Sensoren bestimmen.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und
der Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen.
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Von
Vorteil ist insbesondere eine Vorrichtung, bei der die Messanordnung
mindestens eine Leiste mit mindestens einem Sensor umfasst. Durch die
Anordnung der Sensoren in den Leisten, den Sensorleisten, sind die
Sensoren auf einfache Weise in der Saugeinrichtung integriert. Sensorleisten
können
in verschiedener Weise und Folge an der Saugeinrichtung angebracht
sein. So kann die Verwendung von zwei aufeinander folgenden Leisten
für die Bestückung mit
Sensoren sinnvoll sein. Der Einsatz von Sensorleisten und von Leisten
mit Haltefunktion oder mit Saugöffnungen,
wie sie ohnehin in einer Saugeinrichtung vorgesehen sind, kann auch
alternierend sein. Wesentlich ist der definierte Abstand zwischen
den mit Sensoren bestückten
Leisten.
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Um
eine Feldabdeckung zu erreichen, ist es notwendig, dass mehrere
Sensoren neben einander auf einer Leiste angebracht sind, wobei
die genaue Positionierung vom Sensortyp abhängt. Mit der Feldabdeckung
ist es möglich,
zeitgleich den Trockengehalt der Faserstoffbahn quer zur Maschinenlaufrichtung
zu bestimmen, was bei einem traversierenden Messsystem nicht möglich ist.
Die Sensoren sind dabei in einer Ausführungsform der Erfindung derart
beabstandet angeordnet, dass zwischen den elektrischen Feldern der
einzelnen Sensoren Interferenzen auftreten, die in der Mess- und
Auswertevorrichtung mathematisch ausgewertet werden. In einer anderen Ausführungsform
sind die Sensoren gerade so angeordnet, dass sich ihre elektrischen
Felder nur noch vernachlässigbar überlagern,
so dass keine Korrekturen an den gemessenen Werten angebracht werden
müssen.
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Wesentlich
für das
Funktionieren der Messung ist, dass beispielsweise der Trockengehalt
einer Faserstoffsuspension durch das Sieb hindurch gemessen wird.
Dies bedingt, dass die gesamte Messeinrichtung unter dem Sieb auf
einer Leiste montiert ist. Ein Vorteil der Lösung, bei der die Sensoren
auf einer Leiste integriert sind, besteht darin, dass keine über der
Papierbahn angeordnete Traverse für die Sensoren vorgesehen werden
muss, wo diese leicht verschmutzen, was wiederum die Ursache für Störungen sein
kann.
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Die
Messungen mittels der Sensoren lassen sich mit hoher Frequenz durchführen, beispielsweise mit
einer Frequenz von mehr als 8 kHz; während eines Siebumlaufs erfolgt
somit eine Vielzahl von Messungen. Je nach Art der Auswertung der
Messsignale, der Messfrequenz und je nach den Positionen, an denen
die Sensoren angebracht sind, erhält man an verschiedenen Stellen
der Siebpartie ein Profil einer Eigenschaft der Faserstoffbahn,
beispielsweise des Trockengehalts. Es ist somit auch möglich, sowohl
in Maschinenlaufrichtung als auch in der Querrichtung zu messen.
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Mit
der Erfindung ist es ebenfalls möglich,
ein Saugelement, das mit Sensorleisten bestückt ist, an verschiedenen Stellen
der Siebpartie zu positionieren. Gemäß der Erfindung ist es zum
Beispiel vorgesehen, die Formierleisten oder aber auch den Belag des
Formiersaugers mit entsprechenden Sensoren zu bestücken. Es
soll jedoch nicht ausgeschlossen werden, dass nicht jedes andere,
das Sieb berührende
konstruktive Element, beispielsweise eine Abdeckung, zur Aufnahme
der Sensoren oder der Sensorleiste genutzt werden kann. Prinzipiell
wird somit gemäß dieser Erfindung
vorgesehen, dass jedes, das Sieb auf der von der Faserstoff- oder
Papierbahn abgewandten Seite berührende
Element mit Sensoren ausgestattet werden kann.
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Gemäß der Erfindung
lassen sich verschiedene Arten von Sensoren einsetzen. Besonders
geeignet sind hierbei elektrische, insbesondere kapazitive, Sensoren.
Eine Alternative hierzu stellen optische Sensoren dar.
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Mit
Vorteil lassen sich die Sensoren über einen Lichtwellenleiter
an eine Messeinheit anschließen,
da die Lichtwellenleiter sehr dünn
sind. Besonders vorteilhaft ist diese Maßnahme, wenn optische Sensoren
eingesetzt werden, da in diesem Fall die optischen Signale, ohne
Umsetzung in elektrische Signale übertragen werden können. Andererseits
können
Lichtwellenleiter auch in Verbindung mit elektrischen Sensoren eingesetzt
werden, wobei in diesem Fall elektrooptische Wandler, beispielsweise
Optokoppler, eingesetzt werden müssen.
Beim Einsatz von Lichtwellenleitern lassen sich wegen des geringen
Durchmessers der Lichtwellenleiter viele Sensoren mit den zugehörigen Lichtwellenleitern
in einer Leiste der Saugeinrichtung integrieren.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen,
dass Leisten mit mindestens einem Sensor alternierend mit Saugleisten
an dem Sieb angeordnet sind.
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Insgesamt
ergeben sich folgende Vorteile durch die Erfindung: der Trockengehalt
der Faserstoffbahn wird bereits in der Siebpartie gemessen. Es besteht
die Möglichkeit,
durch die Siebe hindurch zu messen. Die Abdeckung der Faserstoffbahn
durch die Siebe ist kein limitierender Faktor. Die Sensorik im Former
kann für
die Steuerung der Entwässerung eingesetzt
werden. Dies führt
zum einen zu einer Steigerung der Effizienz des Saugers, d. h.,
dass der Trockengehalt bestimmt wird und nur das zum Erreichen des
notwendigen Trockengehalts notwendige Vakuum aufgebracht wird, was
zu einer Einsparung an Energie und so zur Reduzierung der Betriebskosten
führt.
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Daneben
kann bei hoher Genauigkeit der Trockengehaltsmessung auf eine aufwendige
Erfassung der Entwässerungsmengen
verzichtet werden, da auf die Entwässerungsmengen aufgrund der
Trockengehalte geschlossen werden kann. Da bei der Trockengehaltsmessung
nach dem Stand der Technik zumeist radioaktive Strahler zum Einsatz
kommen, kann demgegenüber
bei der erfindungsgemäßen Benutzung
einer optischen und/oder elektrischen (kapazitiven) Messeinrichtung
das technische Risiko begrenzt werden bzw. wird dadurch erst die Möglichkeit
geschaffen, dass ein Einsatz im Former möglich ist.
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Gemäß der Erfindung
besteht bei einer Ausführungsform
ein weiterer Vorteil darin, dass im Siebrücklauf ebenfalls eine entsprechende
Sensorik in Form einer Sensorleiste montiert auf einer Saug- oder
Blaseinrichtung angebracht ist, so dass es möglich ist, eine zeitliche Verschiebung,
die zum Beispiel durch Siebalterung oder Verschmutzung verursacht wird, über eine
Differenzmessung zu eliminieren. Die Differenzwerte können anschließend einem
Regler in einer Regeleinrichtung zugeführt werden. Somit lässt sich
gemäß der Erfindung
auch vorsehen, dass eine mittels der Sensoren gemessene Eigenschaft
einer Regeleinheit als Ist-Größe zuführt wird,
wobei die Steuer- oder Regeleinheit einen Produktionsparameter für die Herstellung
der Faserstoffbahn steuert bzw. regelt.
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Eine
mögliche
Anordnung der Sensoren ist die Einbringung der Leisten in der beschriebenen Ausführungsform
einer Sensorleiste, wodurch andere Ausführungsformen nicht ausgeschlossen
werden.
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Nachstehend
wird die Erfindung in Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine Draufsicht auf eine
Saugeinrichtung mit Saugleisten, die mit Sensoren bestückt sind,
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2 eine weitere Draufsicht
auf eine Saugeinrichtung mit Saugleisten,
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3 eine Ansicht im Querschnitt
durch den oberen Teil einer Saugeinrichtung und
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4 einen Doppelsiebformer
in Verbindung mit einer Langsiebmaschine zur Herstellung einer zweilagigen
Papierbahn.
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Eine
Saugeinrichtung 1 (1)
weist drei auf einander folgend montierte Sensorleisten 2, 3 und 4 auf,
die jeweils mit Sensoren 5 bestückt sind. Dabei wird der Abstand
der Sensorleisten 2, 3 und 4 durch die
Breite von Schlitzen 6, 7 zwischen den Sensorleisten 2, 3, 4 bestimmt.
In 3 ist die Saugeinrichtung 1 im
Querschnitt dargestellt, wobei zusätzlich eine die Saugeinrichtung 1 umgebende
Außenhülle 10 erkennbar
ist. Die Sensoren 5 sind jeweils in einer Keramik eingebettet
und bilden mit dieser eine plane Oberfläche zu dem Siebband. Dadurch
können
sich auf der Oberfläche
der Sensoren 5 keine Ablagerungen oder Verschmutzungen
festsetzen. Die Keramik ist entweder als durchgehender Streifen
mit Bohrungen ausgebildet, wobei die Sensoren 5 in die
Bohrungen hineingesteckt sind, oder es sind neben einander angeordnete
Keramikplatten vorhanden, zwischen denen oder in denen die Sensoren 5 angeordnet sind.
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In
einem anderen Ausführungsbeispiel (2) sind in einer Saugeinrichtung 8 die
Sensorleisten 2 und 4 vorhanden, wobei zwischen
diesen und den Schlitzen 6, 7 eine nicht mit Sensoren
bestückte
Leiste 9 angeordnet ist. Die Leiste 9 ist vorzugsweise
eine Saugleiste. Der Abstand zwischen den Sensorleisten 2, 4 ist
dadurch entsprechend größer als
der Abstand zwischen den Leisten 2 und 3 sowie
zwischen den Leisten 3 und 4 gemäß 1.
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Innerhalb
einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn aus einer Faserstoffsuspension ist
ein Doppelsiebformer 11 (4)
oberhalb eines Langsiebformers L angebracht, um zusammen mit diesem
eine zweilagige Papierbahn herzustellen.
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Ein
Stoffauflauf STA1 beschickt ein erstes, aus einem Endlosband bestehendes
Siebband D1 mit einer Stoffsuspension, die über eine Vorentwässerungsstrecke
VE mit einer Mehrzahl von hinter einander angeordneten Entwässerungskästen entwässert wird,
zu denen auch die Entwässerungskästen 12, 13, 14, 15 zählen. An
diesen sind Sensorleisten 16, 17, 18 angebracht,
um den Trockengehalt der Faserstoffbahn auf dem Siebband D1 festzustehen.
An die Entwässerungskästen 12 bis 15 schließt sich
im Bereich unterhalb eines ebenfalls als Endlosband ausgebildeten
Siebbandes D2 ein Saugkasten S an, der Teil einer zweiseitigen Entwässerungsanordnung ZE
ist, über
die der vorentwässerten
Faserstoffsuspension weitere Feuchtigkeit entzogen wird. Der Saugkasten
S weist federnd gelagerte Leisten 19 auf, auf denen ebenfalls
Sensoren angeordnet sein können.
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Über eine
schwenkbar gelagerte Umlenkwalze U ist das Siebband D2 an das Siebband
D1 heranschwenkbar. Die Siebbänder
oder Siebe D1 und D2 schließen
die Faserstoffsuspension sandwichartig ein. Mittels wird. Die Entwässerungsanordnung
ZE umfasst einen innerhalb des Siebes D2 angeordneten mehrteiligen
Saugkasten mit über
die gesamte Bahnbreite verlaufenden Entwässerungsleisten 20, die
mit den auf der Unterseite des Siebes D1 angeordneten Entwässerungsleisten 19 zusammenwirken.
Auch die Entwässerungsleisten 20 können mit Sensoren
ausgestattet sein, oder zwischen ihnen sind zusätzliche (hier nicht dargestellte)
Sensorleisten angeordnet. Die Entwässerungsleisten 20 sind beispielsweise
feststehend angebracht.
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Anschließend wird
die Faserstoffbahn über eine
Formierwalze FW mit glatter Oberfläche geführt. Auch nach dem Verlassen
der Formierwalze FW verbleibt die Faserstoffbahn im Sandwich zwischen
den Sieben D1 und D2. Zur Trennung der Faserstoffbahn von dem Sieb
D2 dient ein Trennelement TE, das die Faserstoffbahn an das Sieb
D1 ansaugt, so dass es stärker
auf diesem als auf dem Sieb D2 haftet und von dem Sieb D1 mitgeführt wird.
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Dem
Trennelement TE ist in Drehrichtung des Siebs D2 ein Leitelement
LE nachgeordnet, das den Ablösevorgang
der Faserstoffbahn von dem Sieb D2 unterstützt, indem es Druckluft auf
die Faserstoffbahn bläst.
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Über ein
Gautschelement GE, um das das Sieb D1 herumläuft, wird die Faserstoffbahn
an ein Langsieb L herangeführt.
Auf diesem wird aus einer über
einen Stoffauflauf STA2 zugeführten
Faserstoffsuspension eine zweite, über Entwässerungskästen 21, 22, 23, 24, 25, 26 entwässerte Papierlage
erzeugt, die mit der aus den Sieben D1, D2 zugeführten Papierlage zusammengeführt wird.
Auch die Entwässerungskästen 21 bis 26 sind
vorzugsweise mit (hier nicht dargestellten) Sensorleisten ausgestattet.
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Im
weiteren Verlauf wird dann das Sieb D1 an einer Walze W von dem
Langsieb L weg nach oben geführt,
während
die beiden Papierlagen auf dem Langsieb L verbleiben und zur weiteren
Verarbeitung transportiert werden.
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Im
Rücklauf
des Siebs D1 ist mindestens eine Sensorleiste 27 vorhanden,
die aufgebaut ist wie die Sensorleisten 16, 17, 18 und
die ein ausschließlich
von dem Sieb D1 hervorgerufenes Messsignal erzeugt. Die Sensorleisten 16, 17, 18 und 27 sind über Messsignalleitungen
M16, M17, M18 bzw. M27 mit einem Differenzbildner 28 verbunden,
der jeweils von den Messsignalen der Sensoren in den Sensorleisten 16, 17, 18 die
von den Sensoren der Sensorleiste 27 gemessenen Werte subtrahiert
und entsprechende Signalgrößen S erzeugt,
die er einem Regler R über
eine Signalleitung 29 zuführt.
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Dem
Regler R wird von einem Steuerrechner der Maschine oder von einem
Leitstand eine Führungsgröße, beispielsweise
ein bestimmter Trockengehalt T der Faserstoffbahn, vorgegeben. Aus
der Regeldifferenz xd aus dem Trockengehalt
T und der jeweiligen Signalgröße S, die
dem Regler R von einem Subtraktionspunkt 30 zugeführt wird,
erzeugt dieser eine Stellgröße y oder
mehrere Stellgrößen y für die Entwässerungskästen 12 bis 15,
die diesen über
eine zugehörige
Datenleitung zugeleitet werden. Die Stellgrößen y sind beispielsweise die
Saugdrücke
oder Temperaturen, die im Bereich der Entwässerungskästen 12 bis 15 eingestellt
werden können.
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In äquivalenter
Weise können
auch die Bedingungen im Bereich des Siebs D2 oder des Langsiebs
L eingestellt, gesteuert oder geregelt werden. Anstelle der Saugeinrichtungen
lassen sich ebenso Blaseinrichtungen oder andere, die Faserstoffbahn oder
die Papierbahn beeinflussende Aggegrate im Bereich der Maschine
mittels Signalen beeinflussen, die von Sensoren in Siebleisten erzeugt
werden.
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- 1
- Saugeinrichtung
- 2
- Sensorleiste
- 3
- Sensorleiste
- 4
- Sensorleiste
- 5
- Sensor
- 6
- Spalt
- 7
- Spalt
- 8
- Saugeinrichtung
- 9
- Leiste
- 10
- Außenhülle