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WO2013037931A1 - Vorrichtung und verfahren zum steuern und regeln einer papiermaschine - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum steuern und regeln einer papiermaschine Download PDF

Info

Publication number
WO2013037931A1
WO2013037931A1 PCT/EP2012/068036 EP2012068036W WO2013037931A1 WO 2013037931 A1 WO2013037931 A1 WO 2013037931A1 EP 2012068036 W EP2012068036 W EP 2012068036W WO 2013037931 A1 WO2013037931 A1 WO 2013037931A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
web
material web
sensor
coupling element
microwave sensor
Prior art date
Application number
PCT/EP2012/068036
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ingolf Cedra
Oliver Kaufmann
Thomas Ischdonat
Original Assignee
Voith Patent Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Voith Patent Gmbh filed Critical Voith Patent Gmbh
Publication of WO2013037931A1 publication Critical patent/WO2013037931A1/de

Links

Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21G—CALENDERS; ACCESSORIES FOR PAPER-MAKING MACHINES
    • D21G9/00—Other accessories for paper-making machines
    • D21G9/0009—Paper-making control systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N22/00—Investigating or analysing materials by the use of microwaves or radio waves, i.e. electromagnetic waves with a wavelength of one millimetre or more
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/34—Paper
    • G01N33/346—Paper sheets

Definitions

  • the invention relates to a device and a method in a machine for producing a material web, in particular a fibrous web such as a paper, tissue or board web, comprising a traversing device with at least one sensor for measuring material web properties of the moving material web, which is used for controlling or regulating Material web properties can be transmitted to a control of the machines.
  • measuring frames with different sensors are arranged in different areas within the machine. For example, these sensors measure porosity, formation, basis weight, thickness, and / or humidity.
  • the measuring frame in this case comprises a device with which the sensors are moved transversely to the moving fibrous web, paper web. There is thus a traversing measurement while the material web is running. In such measurements, measured values are determined which are suitable for controlling and regulating the machine.
  • the accuracy of the measurement or the number of measuring points in the machine direction (MD) or in the machine cross section (CD) depends on the speed of the traversing movement of the sensors, the web speed and the measuring accuracy of the sensor. Different sensors are used to measure the individual properties of the fibrous web. Thus, in the prior art for measuring the basis weight, the moisture content and the proportion of fillers, sensors are used which measure on the basis of radioactive radiation.
  • the measuring principle of these sensors is based on the absorption of gamma or beta Radiation of a radioactive source.
  • Such sensors have the disadvantage that the handling of the radioactive sources is associated with significant regulatory requirements and the radioactivity is also a health risk. Furthermore, the accuracy of the measurement decreases with time and it comes through the radioactive decay to a measurement noise.
  • the object of the invention is to provide an alternative apparatus and an alternative method which is suitable for controlling and regulating a web-making machine and dispenses with radioactive measuring methods.
  • the object is achieved by means of a device having the features of claim 1 and the method according to claim 8.
  • the senor is a microwave sensor, which is moved transversely to the web running direction over the material web by means of a traversing device.
  • the traversing device is preferably positioned in a region in which the material web is guided in free pull through the machine.
  • high-frequency microwave radiation preferably that in a frequency range of greater than 20 GHz, is suitable for measuring the total surface weight.
  • the permittivity of water and fibers is substantially the same, so that the total basis weight, ie dry weight and water content, of a fibrous web can be measured.
  • the machine can be controlled and controlled by means of the measured values via the machine control in machine longitudinal and transverse directions.
  • the microwave sensor consists essentially of a coupling element and a reference element between which the material web is passed. These can be arranged differently with respect to the material web.
  • At least the coupling element is contactless with respect to the moving material web on the traversing device, such as a traversing rail, arranged.
  • the reference element may in this case be a web-width reference element or a reference roller.
  • the traversing device consists of an O-frame by means of the two sensor elements can be moved across the web of material transversely to the direction of the web without contact.
  • At least one microwave sensor element, the coupling element and / or the reference element is arranged to be movable so that the distances between the material web and the elements can be adjusted for or during the measurement of the moving material web.
  • at least one microwave sensor element, the coupling element and / or the reference element by means of a first adjustable or controllable air cushion generated by compressed air in the direction of material web movable, wherein by means of a second adjustable or controllable air cushion a counterforce is built up, can be ensured by the distance from the web or kept at a minimum distance. This ensures that there is no contact with the material web and despite the distance-sensitive measurement a high measurement accuracy is achieved.
  • the distance between the coupling element and the web material as well as between the reference element and the web material is controlled to 1 ⁇ to ⁇ ⁇ .
  • the distance should always be selected so that there is no contact between the carrier element and the material web.
  • Figure 1 shows the basic structure of a papermaking machine
  • Figure 2 shows the course of the permittivity of water and fibers
  • Figure 3 shows the course of the resonant frequency with respect to the basis weight Figure 4a - c different versions of sensors in an O-frame Figure 5 arrangement on a Traversierschiene
  • Fig. 1 shows the basic structure of a machine for producing a fibrous web from the side.
  • the paper machine shown has a headbox with a preferred mode of operation according to the dilution water principle for introducing at least one machine-width layer of a pulp suspension between two moving sieves 13 (bottom wire, top wire) of a wire section 14.
  • the dilution water principle is known from the German patent application DE 40 19 593 A1 of the Applicant. The content of this publication is hereby made the subject of the present description.
  • the pulp suspension is formed and dewatered and forms a fibrous web 12 with a very high water content.
  • the wet fibrous web 12 is then transferred to a press section 16, consisting of two preferably double-felted (extended-nip) presses 16, each forming a in the web running direction L (arrow) extended press nip 23, 24, where it is further dewatered between the press felts 17.
  • a press section 16 consisting of two preferably double-felted (extended-nip) presses 16, each forming a in the web running direction L (arrow) extended press nip 23, 24, where it is further dewatered between the press felts 17.
  • the moist fibrous web 15 is transferred to a drying section 18 in a row of adjacent drying cylinders 19 and dried under neanderformigen run to the heated drying cylinders 19.
  • the fibrous web 15, now already a fibrous web passed through a calender 20 to a winding device 21 and wound there to form a winding roll 22.
  • the traversing devices can be designed as O-frames, U-frames or rails.
  • a microwave sensor consisting of a coupling element and a reference element.
  • the fibrous web is passed without contact between the two elements.
  • FIG. 2 shows a diagram with the profile of the permittivities of water 1 and fibers 2.
  • the basic physical variable is the permittivity e r . Shown is the course of the permittivities ⁇ ⁇ of water 1 and of fibers 2 over a frequency range of (0.1 - 1000) GHz at a temperature of 20 ° C.
  • the permittivity of paper, all components without the water content, is approximately constant over the given frequency range ( ⁇ ⁇ p ap ier ⁇ 4-5). Since the total basis weight is to be measured, the permittivities for all substances contained in the paper, essentially fiber, water and fillers, have to assume approximately the same permittivity value, with the exception of the filler titanium dioxide, the permittivity of the other fillers is negligible. As can be seen from the curve for water 1, the permittivity ⁇ ⁇ of water, however, depends strongly on the frequency. Only at frequencies> 20 GHz, the permittivity ⁇ ⁇ of water in the same order of magnitude as that of fibers. This is the reason why higher frequencies must be used to measure the total area weight.
  • a suitable method for determining the permittivity and hence the basis weight is a measurement of the resonant frequency of a microwave resonator.
  • the resonant frequency depends under the above condition, as shown in Fig. 3, in a clear way from the basis weight. The higher the basis weight, the lower the amplitude of the resonance frequency.
  • the decisive factor in this type of measurements is the permittivity of the material to be investigated, with which the resonator interacts.
  • the permittivity determines the frequency and damping behavior of the resonator.
  • the different materials with which the resonator interacts result in a shift of the resonance frequency as well as a change in the resonance width. With greater permittivity, the resonance frequency shifts to lower frequencies as the width of the resonance curve increases.
  • a major disadvantage of the resonance method is that the measured resonance frequency depends very much on the distance of the resonator to the paper. Ideal would be a touch of the paper web, which, however, is technically necessary to avoid. If the sensor touched the paper web, it would lead to a demolition.
  • FIGS. 4a-c show different embodiments of sensors 30 in an O-frame (or U-frame).
  • the microwave sensor 30 consists in all cases of a resonator 38 (coupling element) and a reference element 39 which are each arranged on a carrier element 40 a, b.
  • the carrier elements 40 a, b are guided parallel to one another in the carrier element guides 41 a, b such that the distance c between the resonator 38 and the reference element 39 can be changed by the independent displacement of the carrier elements 40 a, b.
  • the carrier elements 40a, b are pressed against the material web 36 by means of a first air cushion 34 and it is ensured by means of a second air cushion 35 that the distance a, b is held to the material web 36 so that a material web 36 can be passed between the carrier elements 40a, b ,
  • the carrier elements 40 a, b correspond to de nozzle openings 42, which are supplied by a compressed air source with compressed air.
  • the air cushion ensures a distance between material web and carrier elements 40 a, b.
  • the second air cushion 34 is between carrier plate 40 a, b and support member 41 a, b generated, so that the support members 40 a, b in the leadership of the support member 41 a, b are moved in the direction of web.
  • stable distances a, b are achieved to the material web.
  • the air cushions 34, 35 may be conveyed via e.g. Valves (actuators) are controlled such that the distance a, b, c between the resonator 38 and the reference element 39 and / or between the resonator 38 and web material 36 and between reference zelement 39 and web material 36 is arbitrarily adjustable.
  • Valves actuators
  • the distances a, b, c can be chosen and regulated differently depending on the paper technology application.
  • the distance c between the resonator 38 and the reference element 39 can be between 1 ⁇ and 10000 ⁇ .
  • a distance measuring device 43 which measures the distance c via magnetic induction, is additionally installed in the carrier element 40 a, b.
  • the resonator 38 and the reference element 39 are movably mounted and whose distance a, b can be regulated to the paper web by means of the air cushion and set to a minimum value, and the distance c is measured, it is ensured that there is no contact with the Paper web 12 comes and the measurement can be done in dependence on the distance.
  • Fig. 4 b and c two further embodiments of the device are shown.
  • the upper support elements 41 a are arranged movably in the direction of the material web.
  • the lower support members 1 10 are arranged opposite the upper support member 41 a in a fixed position.
  • the moving web is lifted from the lower microwave sensor element carrier only due to the Bernoulli effect.
  • the control of the distances is carried out by the regulation of the air cushion 34, 35 by the distance c and the distances a and b set or regulated can be.
  • FIG. 4 c the lower carrier element 1 has 10 nozzle openings 42.
  • an air cushion 35 can be constructed, which lifts the material web 12 from the carrier element 1 10 and in conjunction with the air cushions 34, 35, the distances a, b and c are adjustable.
  • FIG. 5 shows an arrangement on a traversing rail, in which only the microwave resonator 38 can be moved in a traversing manner.
  • the reference element 38 is formed in this case by a web-width reference element over which the fibrous web is guided. This may be a guide roller 9 or any other guide element.
  • the coupling element 38 is movably mounted, as shown in FIG. 4a, so that the distance to the fibrous web can be regulated.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung oder Regelung einer Maschine zur Herstellung einer Materialbahn (12), insbesondere einer Faserst off bahn wie einer Papier-, Tissue-oder Kartonbahn, umfassend eine Traversiervorrichtung (44, 45) mit mindestens einem Sensor zur Messung von Materialbahneigenschaften der laufenden Materialbahn (12), die zur Steuerung oder Regelung der Materialbahneigenschaften an eine Steuerung der Maschine übermittelbar sind, wobei zumindest ein Teil des Sensors mittels der Traversiervorrichtung (44, 45) quer zur Bahnlaufrichtung bewegbar ist, wobei der Sensor ein Mikrowellensensor (30) ist.

Description

VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUM STEUERN UND REGELN EINER
PAPIERMASCHINE
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren in einer Maschine zur Herstellung einer Materialbahn, insbesondere einer Faserstoffbahn wie einer Papier-, Tissue- oder Kartonbahn, umfassend eine Traversiervorrichtung mit mindestens einem Sensor zur Messung von Materialbahneigenschaften der laufenden Materialbahn, die zur Steuerung oder Regelung der Materialbahneigenschaften an eine Steuerung der Maschinen übermittelbar sind.
Zur Bestimmung von Eigenschaftsprofilen einer laufenden Faserstoffbahn, wie einer Papier-, Tissue- oder Kartonbahn, sind in verschiedenen Bereichen innerhalb der Maschine Messrahmen mit unterschiedlichen Sensoren angeordnet. So wird mithilfe dieser Sensoren beispielsweise die Porosität, Formation, Flächengewicht, Dicke und/oder Feuchte gemessen.
Der Messrahmen umfasst dabei eine Vorrichtung, mit der die Sensoren quer zur laufenden Faserstoffbahn, Papierbahn, bewegt werden. Es erfolgt somit eine traversierende Messung bei laufender Materialbahn. Bei derartigen Messungen werden Messwerte ermittelt, die zur Steuerung und Regelung der Maschine geeig- net sind.
Die Genauigkeit der Messung bzw. die Anzahl der Messpunkte in Maschinenrichtung (MD) oder in Maschinenquernchtung (CD) hängt von der Geschwindigkeit der Traversierbewegung der Sensoren, der Bahngeschwindigkeit und von der Messgenauigkeit des Sensors ab. Zur Messung der einzelnen Eigenschaften der Faserstoffbahn werden unterschiedliche Sensoren eingesetzt. So werden im Stand der Technik zur Messung des Flächengewichts, der Feuchte und des Füllstoffanteils Sensoren eingesetzt, die auf Basis radioaktiver Strahlung messen.
Das Messprinzip dieser Sensoren beruht auf der Absorption von Gamma oder Beta Strahlung einer radioaktiven Strahlenquelle. Derartige Sensoren haben den Nachteil, dass die Handhabung der radioaktiven Quellen mit erheblichen behördlichen Auflagen verbunden ist und die Radioaktivität zudem ein gesundheitliches Risiko darstellt. Weiterhin lässt die Genauigkeit der Messung mit der Zeit nach und es kommt durch den radioaktiven Zerfall zu einem Messrauschen.
Aufgabe der Erfindung ist es eine alternative Vorrichtung und ein alternatives Verfahren bereitzustellen, die/das zur Steuerung und Regelung einer Bahnherstellungsmaschine geeignet ist und auf radioaktive Messmethoden verzichtet. Die Aufgabe wird mittels einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie dem Verfahren nach Anspruch 8 gelöst.
Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung sowie ein Verfahren der eingangs genannten Art vorgeschlagen, wobei der Sensor ein Mikrowellensensor ist, der mittels einer Traversiervorrichtung quer zur Bahnlaufrichtung über die Materialbahn bewegt wird. Im Interesse einer möglichst genauen Messung ist die Traversiervorrichtung dabei vorzugsweise in einem Bereich positioniert, in dem die Materialbahn im freien Zug durch die Maschine geführt wird.
Erfindungsgemäß eignen sich zur Messung des Gesamtflächengewichts insbesondere Hochfrequenz Mikrowellenstrahlung, vorzugsweise der in einem Frequenzbe- reich von größer 20Ghz. In diesem Frequenzbereich ist die Permittivität von Wasser und Fasern im Wesentlichen gleich, sodass das Gesamtflächengewicht, also Trockengewicht und Wassergehalt, einer Faserstoffbahn gemessen werden kann. Die Maschine kann mittels der Messwerte über die Maschinensteuerung in Maschi- nenlängs- und Querrichtung gesteuert und geregelt werden. Der Mikrowellensensor besteht im Wesentlichen aus einem Einkoppelelement und einem Referenzelement zwischen denen die Materialbahn hindurchgeführt wird. Diese können gegenüber der Materialbahn unterschiedlich angeordnet sein.
Vorzugsweise ist zumindest das Einkoppelelement berührungsfrei gegenüber der laufenden Materialbahn an der Traversiervorrichtung, wie einer Traversierschiene, angeordnet. Das Referenzelement kann in diesem Fall ein bahnbreites Referenzelement oder eine Referenzwalze sein.
In einer weiteren Ausführung besteht die Traversiervorrichtung aus einem O- Rahmen mittels dem beide Sensorelemente quer zur Laufrichtung der Material bahn berührungsfrei über die Materialbahn bewegt werden können.
Außerdem ist es von Vorteil, wenn zumindest ein Mikrowellensensorelement, das Einkoppelelement und/oder das Referenzelement, beweglich angeordnet ist, sodass die Abstände zwischen der Materialbahn und den Elementen für oder während der Messung der bewegten Materialbahn einstellbar sind. Zur besseren Einstellung und Regelung der Abstände ist mindestens ein Mikrowellensensorelement, das Einkoppelelement und/oder das Referenzelement, mittels eines, durch Druckluft erzeugten, ersten einstellbaren oder regelbaren Luftkissens in Richtung Materialbahn bewegbar, wobei mittels eines zweiten einstellbaren oder regelbaren Luftkissens eine Gegenkraft aufgebaut wird, durch die der Abstand gegenüber der Materialbahn sichergestellt bzw. auf einem Mindestabstand gehalten werden kann. So wird erreicht, dass es zu keiner Berührung mit der Materialbahn kommt und trotz der abstandsempfindlichen Messung eine hohe Messgenauigkeit erreicht wird.
Vorzugsweise wird der Abstand zwischen Einkoppelelement und Bahnmaterial sowie zwischen Referenzelement und Bahnmaterial auf 1 μηη bis Ι ΟΌΟΌμηη geregelt. Je kleiner der Abstand gehalten werden kann umso genauer die Messung. Der Abstand ist aber immer so zu wählen, dass es zu keiner Berührung zwischen Trägerelement und Materialbahn kommt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Skizzen näher erläutert. In diesen zeigen:
Figur 1 den prinzipiellen Aufbau einer Papierherstellungsmaschine mit
Stoffauflauf, Siebpartie, Pressenpartie, Trockenpartie, Kalander und Wickelvorrichtung;
Figur 2 den Verlauf der Permittivität von Wasser und Fasern
Figur 3 den Verlauf der Resonanzfrequenz in Bezug auf das Flächengewicht Figur 4a - c verschiedene Ausführungen von Sensoren in einem O-Rahmen Figur 5 Anordnung an einer Traversierschiene
Die Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn von der Seite. Die dargestellte Papiermaschine weist einen Stoffauflauf mit einer bevorzugten Funktionsweise gemäß dem Verdünnungswasser-Prinzip zum Einbringen mindestens einer maschinenbreiten Schicht einer Faserstoffsuspension zwischen zwei laufende Siebe 13 (Untersieb, Obersieb) einer Siebpartie 14 auf. Das Verdünnungswasser-Prinzip ist aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 40 19 593 A1 der Anmelderin bekannt. Der Inhalt dieser Offenlegungsschrift wird hiermit zum Gegenstand der vorliegenden Beschreibung gemacht. In der Siebpartie 14 wird die Faserstoffsuspension formiert und entwässert und bildet eine Faserstoffbahn 12 mit einem noch sehr großen Wassergehalt.
Zur Regelung der Faserstoffparameter wie Flächengewicht, Feuchte und Formation sind verschiedene Profilregelungen, mit einer Reihe von Aktuatoren, im Einsatz, die das Quer- wie auch das Längsprofil beeinflussen können.
Die nasse Faserstoffbahn 12 wird anschließend an eine Pressenpartie 16, bestehend aus zwei vorzugsweise doppelt befilzten (Langspalt-)Pressen 16, die jeweils einen in Bahnlaufrichtung L (Pfeil) verlängerten Pressspalt 23, 24 bilden, übergeben und dort zwischen den Pressfilzen 17 weiter entwässert. Anschließend wird die feuchte Faserstoffbahn 15 in eine Trockenpartie 18 mit in einer Reihe nebeneinanderliegender Trockenzylinder 19 überführt und unter neanderformigen Lauf um die beheizten Trockenzylinder 19 getrocknet. Nach der Trockenpartie 18 wird die Faserstoffbahn 15, nunmehr bereits eine Faserstoffbahn, durch einen Kalander 20 zu einer Wickelvorrichtung 21 geleitet und dort zu einer Wickelrolle 22 aufgewickelt.
Zur Ermittlung der Faserstoffbahneigenschaften sind nach der Pressenpartie Traversiervorrichtungen mit verschiedenen Sensoren positioniert.
Die Traversiervorrichtungen können als O-Rahmen, U-Rahmen oder Schiene ausgeführt sein. Zur Messung des Gesamtflächengewichts, Fasertrockengewicht und Wasserge- wicht der Faserstoffbahn ist an der Traversiervorrichtung ein Mikrowellensensor, bestehend aus einem Einkoppelelement und einem Referenzelement, befestigt. Die Faserstoffbahn wird zwischen den beiden Elementen berührungsfrei hindurchgeführt. Die Steuer- und Regelverfahren zur Einstellung der Flächengewichte und/oder der Feuchte sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt, sodass es für den Fachmann keiner zusätzlichen Erklärung bedarf, wie mittels der Messdaten das Querprofil und/oder Längsprofil der Faserstoffbahn gesteuert oder geregelt wird.
Figur 2 zeigt ein Diagramm mit dem Verlauf der Permittivitäten von Wasser 1 und Fasern 2. Bei Messungen mit Mikrowellen ist die grundlegende physikalische Größe die Permittivität er. Dargestellt ist der Verlauf der Permittivitäten εΓ von Wasser 1 und von Fasern 2 über einen Frequenzbereich von (0,1 - 1000) GHz bei einer Temperatur von 20°C.
Die Permittivität von Papier, alle Bestandteile ohne den Wasseranteil, ist über den gegebenen Frequenzbereich annähernd konstant (εΓ papier ~ 4-5). Da das gesamte Flächengewicht gemessen werden soll, müssen die Permittivitäten für alle im Papier enthaltenen Substanzen, im Wesentlichen Faser, Wasser und Füllstoffe, annähernd den gleichen Permittivitätswert annehmen, wobei mit Ausnahme des Füllstoffes Titandioxid, die Permittivität der anderen Füllstoffe vernachlässigbar ist. Wie aus der Kurve für Wasser 1 ersichtlich ist, hängt die Permittivität εΓ von Wasser jedoch stark von der Frequenz ab. Erst ab Frequenzen > 20 GHz liegt die Permittivität εΓ von Wasser in derselben Größenordnung wie diejenige von Fasern. Dies ist der Grund, weshalb für die Messung des Gesamtflächengewichts höhere Frequenzen verwendet werden müssen. Zur Messung des Flächengewichts ist es somit erforderlich, einen Frequenzbereich aufzufinden, in dem alle in der Faserstoffbahn beziehungsweise im Papier vorkommenden Inhaltsstoffe eine mehr oder weniger gleiche Permittivität besitzen. Damit ist gewährleistet, dass die Faserstoffbahn beziehungsweise das Papier als einheitliches Messgut betrachtet werden kann. Dieser Messbereich liegt in Frequenzberei- chen größer 20 GHz und insbesondere in Frequenzbereichen größer 100 GHz. Eine geeignete Methode die Permittivität und somit das Flächengewicht zu bestimmen ist eine Vermessung der Resonanzfrequenz eines Mikrowellenresonators. Die Resonanzfrequenz hängt unter obiger Bedingung, wie aus Fig. 3 zu entnehmen, in eindeutiger Weise vom Flächengewicht ab. Je höher das Flächengewicht, desto niedriger ist die Amplitude der Resonanzfrequenz.
Die entscheidende Größe bei dieser Art von Messungen ist die Permittivität des jeweils zu untersuchenden Materials, mit dem der Resonator zusammenwirkt. Die Permittivität bestimmt das Frequenz- und Dämpfungsverhalten des Resonators. Dabei ergeben sich durch die unterschiedlichen Materialien, mit denen der Resona- tor zusammenwirkt, eine Verschiebung der Resonanzfrequenz sowie eine Änderung der Resonanzbreite. Bei größerer Permittivität verschiebt sich die Resonanzfrequenz zu niedrigeren Frequenzen, während die Breite der Resonanzkurve zunimmt.
Ein großer Nachteil der Resonanzmethode ist, dass die gemessene Resonanzfrequenz sehr stark vom Abstand des Resonators zum Papier abhängt. Ideal wäre eine Berührung der Papierbahn, was jedoch aus technologischen Gründen zwingend zu vermeiden ist. Würde der Sensor die Papierbahn berühren, würde es zu einem Abriss kommen.
In den Figuren 4a - c sind verschiedene Ausführungen von Sensoren 30 in einem O-Rahmen (oder U Rahmen) dargestellt. Der Mikrowellensensor 30 besteht in allen Fällen aus einem Resonator 38 (Einkoppelelement) und einem Referenzelement 39 die jeweils auf einem Trägerelement 40 a, b angeordnet sind. Die Trägerelemente 40 a, b sind in den Trägerelementführungen 41 a, b derart parallel zueinander geführt, dass der Abstand c zwischen Resonator 38 und Referenzelement 39 durch das unabhängige Verschieben der Trägerelemente 40 a, b veränderbar ist. Die Trägerelemente 40a, b werden mittels eines ersten Luftkissens 34 gegen die Materialbahn 36 gedrückt und mittels eines zweiten Luftkissens 35 wird sichergestellt, dass der Abstand a, b zur Materialbahn 36 gehalten wird, sodass eine Materialbahn 36 zwischen den Trägerelementen 40a, b hindurchgeführt werden kann. Zur Erzeugung des Luftkissens 35 weisen die Trägerelemente 40 a, b entsprechen- de Düsenöffnungen 42 auf, die von einer Druckluftquelle mit Druckluft versorgt werden. Das Luftkissen sorgt für einen Abstand zwischen Materialbahn und Trägerelementen 40 a, b. Das zweite Luftkissen 34 ist zwischen Trägerplatte 40 a, b und Trägerelement 41 a, b erzeugbar, sodass die Trägerelemente 40 a, b in der Führung des Trägerelements 41 a, b in Richtung Materialbahn verschoben werden. So werden stabile Abstände a, b zur Materialbahn erreicht.
Die Luftkissen 34, 35 können über z.B. Ventile (Aktuatoren) derart geregelt werden, dass der Abstand a, b, c zwischen dem Resonator 38 und dem Referenzelement 39 und/oder zwischen Resonator 38 und Bahnmaterial 36 sowie zwischen Referen- zelement 39 und Bahnmaterial 36 beliebig einstellbar ist. So können die Abstände a, b, c beispielsweise je nach papiertechnologischer Anwendung unterschiedlich gewählt und geregelt werden.
Der Abstand c zwischen dem Resonator 38 und dem Referenzelement 39 kann zwischen 1 μιτι und 10000 μιτι liegen. Zur Messung des Abstandes ist in dem Trägerelement 40 a, b zusätzlich eine Abstandsmessvorrichtung 43 eingebaut, die über magnetische Induktion den Abstand c misst.
Dadurch, dass der Resonator 38 und das Referenzelement 39 beweglich gelagert sind und deren Abstand a, b zur Papierbahn mittels der Luftpolster geregelt und auf einen Minimalwert eingestellt werden kann, sowie der Abstand c gemessen wird, ist sichergestellt, dass es zu keiner Berührung mit der Papierbahn 12 kommt und die Messung in Abhängigkeit zum Abstand erfolgen kann.
In Fig. 4 b und c sind zwei weitere Ausführungsformen der Vorrichtung gezeigt. In diesen Ausführungsformen der Mikrowellensensoren sind nur die oberen Trägerelemente 41 a beweglich in Richtung Materialbahn angeordnet. Die unteren Trägerelemente 1 10 sind gegenüber dem oberen Trägerelement 41 a in einer fixen Position angeordnet.
So wird bei der in Fig. 4 c gezeigten Ausführung die bewegte Materialbahn nur aufgrund des Bernoulli-Effekts von dem unteren Mikrowellensensorelementträger abgehoben. Die Regelung der Abstände erfolgt durch die Regelung der Luftpolster 34, 35 durch die der Abstand c sowie die Abstände a und b eingestellt bzw. geregelt werden können.
Der Unterschied zwischen den Ausführungen in Fig.4 b und Fig. 4 c ist, dass in Figur 4 c das untere Trägerelement 1 10 Düsenöffnungen 42 aufweist. So kann auch hier ein Luftpolster 35 aufgebaut werden, das die Materialbahn 12 von dem Trägerelement 1 10 abhebt und im Zusammenspiel mit den Luftpolstern 34, 35 die Abstände a, b und c regelbar sind.
In Figur 5 ist eine Anordnung an einer Traversierschiene gezeigt, bei der nur der Mikrowellenresonator 38 traversierend bewegbar ist.
Das Referenzelement 38 wird in diesem Fall von einem bahnbreiten Referenzelement gebildet, über das die Faserstoffbahn geführt wird. Diese kann eine Führungswalze 9 oder ein anderes beliebiges Führungselement sein.
Das Einkoppelelement 38 ist, wie in Fig 4a gezeigt beweglich gelagert, sodass der Abstand zur Faserstoffbahn geregelt werden kann.
Bezuqszeichenliste
1 Headbox
Actuatoren
10 Papierherstellungsmaschine 1 1 Stoffauflauf (maschinenbreit) 12 Faserstoffbahn
13 Sieb
14 Siebpartie
16 Pressenpartie
17 Pressfilze
18 Trockenpartie
19 Trockenzylinder
20 Kalander
21 Wickelvorrichtung
22 Wickelrolle
23/24 Pressspalt
30 Mikrowellensensor
31 Permittivität von Wasser
32 Permittivität von Fasern
33 Basisgewichtsänderung
34 erste Luftkissen
35 zweite Luftkissen
37 Mikrowelle
38 Einkoppelelement
39 Referenzelement
40 Trägerelement
41 Trägerelementführung
42 Düsenöffnungen
43 Abstandsmessmittel
44 Traversiervorrichtung - O-Rahmen
45 Traversiervorrichtung - Schiene a/b Abstand
c Abstand

Claims

Patentansprüche
1 . Vorrichtung in einer Maschine zur Herstellung einer Materialbahn (12), insbesondere einer Faserstoffbahn wie einer Papier-, Tissue- oder Kartonbahn, umfassend eine Traversiervorrichtung (44, 45) mit mindestens einem Sensor zur Messung von Materialbahneigenschaften der laufenden Materialbahn (12), die zur Steuerung oder Regelung der Materialbahneigenschaften an eine Steuerung der Maschinen übermittelbar sind, wobei zumindest ein Teil des Sensors mittels der Traversiervorrichtung (44,45) quer zur Bahnlaufrichtung bewegbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Sensor ein Mikrowellensensor (30) ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Messvorrichtung (44,45) in einem Maschinenbereich angeordnet ist, in dem die Materialbahn im freien Zug durch die Maschine geführt wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Mikrowellesensor (30) zur Messung des Gesamtflächengewichtes der Materialbahn in einem Frequenzbereich von größer 20Ghz betreibar ist.
4. Vorrichtung einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Mikrowellensensor (30) aus einem Einkoppelelement (Mikrowellenresonator (38) und einem Referenzelement (39) besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest das Einkoppelelement (38) berührungsfrei gegenüber der laufenden Materialbahn an der Traversiervorrichtung (44, 45) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest ein Mikrowellensensorelement, das Einkoppelelement (38) und/oder das Referenzelement (39) beweglich angeordnet ist, so dass die Abstände (a, b) zwischen der Materialbahn (36) und den Elementen (38, 39), für oder während der Messung der bewegten Materialbahn einstellbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens ein Mikrowellensensorelement, das Einkoppelelement (38) und/oder das Referenzelement (39), mittels eines, durch Druckluft erzeugten, ersten einstellbaren oder regelbaren Luftkissens (34) in Richtung Materialbahn bewegbar ist und mittels eines zweiten einstellbaren oder regelbaren Luftkissens (35) gegenüber der Materialbahn (36) auf Abstand gehalten werden kann.
Papier-, Karton- oder Streichmaschine mit einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zur Steuerung oder Regelung einer Maschine zur Herstellung einer Materialbahn, insbesondere einer Faserstoffbahn wie einer Papier-, Tissue- oder Kartonbahn, umfassend eine Traversiervorrichtung (44, 45) mit mindestens einem Sensor (30) zur Messung von Materialbahneigenschaften der laufenden Materialbahn (12), wobei zur Steuerung oder Regelung der Maschine Materialbahneigenschaften vom Sensor (30) gemessen und an eine Steuerung der Maschinen übermittelt werden, wobei zumindest ein Teil des Sensors mittels der Traversiervorrichtung quer zur Bahnlaufrichtung bewegt wird, dadurch gekennzeichnet,
dass die Materialbahneigenschaften mittels eines Mikrowellensensors gemessen werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Materialbahn (12) zur Messung im freien Zug durch die Maschine geführt wird.
1 1 . Verfahren nach Anspruch 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Mikrowellesensor (30) zur Messung des Gesamtflächengewichtes der Materialbahn (12) in einem Frequenzbereich von größer 20Ghz betrieben wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 1 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Mikrowellensensor (30) aus einem Einkoppelelement (38) und einem Referenzelement (39) besteht, wobei nur das Einkoppelelement (38) mittels der Traversiervorrichtung (44, 45) quer zur Bahnlaufrichtung bewegt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 1 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Mikrowellensensor (30) aus einem Einkoppelelement (38) und einem Referenzelement (39) besteht, wobei das Einkoppelelement (38) und das Referenzelement (39) mittels der Traversiervorrichtung (44) quer zur Bahnlaufrichtung bewegt werden.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Mikrowellensensorelement (38, 39), das Einkoppelelement (38) und/oder das Referenzelement (39), beweglich angeordnet ist und die Abstände (a, b) zwischen der Materialbahn (36) und den Elementen (38, 39) für oder während der Messung der bewegten Materialbahn (36), auf einen bestimmten Wert eingestellt werden und das Flächengewicht durch die Beeinflussung der Resonanzkurve in Bezug auf den eingestellten Abstand (c) zwischen Einkoppelelement (38) und Referenzelement (9) ermittelt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Abstand (a, b) zwischen Einkoppelelement (38) und Bahnmaterial (36) sowie zwischen Referenzelement (39) und Bahnmaterial (36) auf 1 μηη bis Ι ΟΌΟΌμηη geregelt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15,
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens ein Mikrowellensensorelement, das Einkoppelelement (38) und/oder das Referenzelement (39), mittels eines, durch Druckluft erzeugten, ersten einstellbaren oder geregelten Luftkissens (34) in Richtung Materialbahn bewegt wird und mittels eines zweiten einstellbaren oder geregelten Luftkissens (35) gegenüber der Materialbahn (36) auf Abstand gehalten wird.
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