DE69937968T2

DE69937968T2 - System und verfahren zur blattmessung und reglung in papiermaschinen

Info

Publication number: DE69937968T2
Application number: DE69937968T
Authority: DE
Inventors: John D. San Jose Goss; Lee Los Gatos CHASE; Hung-Tzaw Saratoga HU; John Los Gatos PRESTON
Original assignee: Honeywell International Inc
Current assignee: Honeywell International Inc
Priority date: 1998-04-24
Filing date: 1999-04-12
Publication date: 2009-01-02
Anticipated expiration: 2019-04-13
Also published as: DE69937968D1; CA2329935C; EP1137845B1; CA2329935A1; US6168687B1; US6126785A; JP2002513099A; EP1137845A1; EP1137845A4; US6059931A; WO1999055959A1; US6099690A

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Verfahren zur Überwachung und Regelung kontinuierlicher Blattherstellungssysteme und insbesondere auf Sensoren und Verfahren (i) zur Gewichtsmessung und -regelung über die Bahnbreite, (ii) zur Bestimmung des Trockengewicht-Querprofils für hergestelltes Papier und (iii) zur Berechnung des Trockenblattgewichts des nassen Faserstoffs auf dem Sieb in der Papiermaschine.
Stand der Technik
Bei der Papierherstellung auf modernen Maschinen mit hohen Bahnlaufgeschwindigkeiten müssen die Eigenschaften des Materialblattes kontinuierlich überwacht und geregelt werden, damit die Endqualität des Fertigprodukts gesichert und die bei Prozessstörungen anfallende Ausschussmenge auf ein Minimum reduziert wird. Zu den am häufigsten gemessenen Variablen des Bahnmaterials zählen die Flächenmasse, die Feuchte und die Dicke des Materialblattes an den verschiedenen Stufen des Herstellungsprozesses. Gewöhnlich werden diese Prozessgrößen geregelt, indem beispielsweise die Stoffeintragsgeschwindigkeit am Prozessanfang verstellt wird, die an das Papier geführte Dampfmenge in der Prozessmitte reguliert wird bzw. der Pressdruck zwischen Glättwalzen am Prozessende variiert wird. Weit bekannte Papierproduktionsmaschinen sind beispielsweise im „Handbook for Pulp & Paper Technologists" (Handbuch für Zellstoff- und Papierverfahrenstechniker), 2. Auflage, G. A. Smook, 1992, Angus Wilde Publications, Inc., und „Pule and Paper Manufacture" Band III (Papier- und Kartonherstellung), R. MacDonald, Ausg. 1970, McGraw Hill, beschrieben. Ferner werden Blattherstellungssysteme beispielsweise in den US-Patenten Nr. 5,539,634 , 5,022,966 , 4,982,334 , 4,786,817 und 4,767,935 beschrieben.
Die online-Messungen der Bahneigenschaften können sowohl in Längsrichtung (Maschinenlaufrichtung) als auch in Querrichtung erfolgen. In der Technik der Bahnmaterialherstellung bezeichnet der Begriff Längsrichtung bzw. Maschinenlaufrichtung (MD) die Richtung, in die sich das Bahnmaterial während des Produktionsprozesses bewegt, während sich der Begriff Querrichtung (CD) auf die Richtung der Bahnbreite bezieht, d. h. auf die Richtung rechtwinklig zur Maschinenlaufrichtung.
Papiermaschinen verfügen gewöhnlich über mehrere Regelstufen mit zahlreichen, unabhängig voneinander ansteuerbaren Stellgliedern, die sich über die Bahnbreite verteilt in der jeweiligen Regelstufe befinden. Beispielsweise enthält eine Papiermaschine in der Regel einen Stoffauflauf, der stirnseitig eine Vielzahl von Auslaufschlitzen enthält, durch die der im Stoffauflauf befindliche Faserstoff auf das Siebtuch bzw. Formiersieb ausläuft. Die Papiermaschine kann auch einen Dampfblaskasten mit zahlreichen Dampfstellgliedern enthalten, die die Wärmemenge regulieren, die an die einzelnen Zonen in Bahnbreite angelegt wird. Ebenso kann in einem Glättwerk eine segmentierte Glättwalze verschiedene Stellglieder zur Regelung des Pressdruckes besitzen, dem die Bahn in den verschiedenen Breitenzonen im Pressspalt ausgesetzt ist.
Alle Stellglieder einer Regelstufe werden so angesteuert, dass ein hochwertiges Endprodukt gleichmäßiger Güte erzielt wird. Diese Regelung könnte beispielsweise von einer Bedienkraft vorgenommen werden, die die Messwerte der Sensoren periodisch überwacht und daraufhin die einzelnen Stellglieder jeweils manuell verstellt, bis die gewünschten Messwerte erzielt werden. Papiermaschinen enthalten Prozesssteuerungen zur automatischen Verstellung der über die Bahnbreite verteilten Stellglieder auf Grundlage von Signalen, die von Abtastsensoren bereitgestellt werden.
Bei der Papierherstellung lassen sich faktisch alle in Maschinenlaufrichtung auftretenden Schwankungen auf hochfrequente bzw. niedrigfrequente pulsierende Veränderungen im Konstantteil vor dem Stoffauflauf zurückführen. Schwankungen in Querrichtung sind komplexerer Art. Das Trockengewicht-Querprofil des Papierendproduktes ist vorzugsweise flach, d. h. das Produkt weist keine Schwankungen über die Bahnbreite auf, was aber selten der Fall ist. Verschiedene Faktoren haben Anteil an der ungleichmäßigen Entwässerung über die Bahnbreite, was letztlich zu Fluktuationen im Querprofil führt. Zu diesen Faktoren zählen beispielsweise (i) ungleichmäßiger Eintrag vom Stoffauflauf, (ii) zugesetzte Maschen des Kunststoffsiebes in der Siebpartie, (iii) unterschiedliche Spannung am Sieb und (iv) ungleichmäßige Vakuumverteilung.
Messungen in Querrichtung erfolgen in der Regel mit einem traversierenden Messfühler (Abtastsensor), der periodisch die gesamte Bahnbreite des Blattmaterials hin und her abfährt. In der gegenwärtigen Papiertechnik wird ein Betastrahlsensor eingesetzt, der während der Produktion die Bahnbreite abfährt und dabei die Flächenmasse (Grammatur) misst. Ziel der Querabtastung der Bahn ist die Messung der im Materialblatt vorliegenden Variabilität sowohl in Quer- als auch in Längsrichtung. Anhand der Messwerte werden Korrekturen am Prozess vorgenommen, die eine höhere Gleichförmigkeit des Produktblattes bezwecken. Eine Schwierigkeit bei der Messtechnik besteht darin, dass der Sensor in Querrichtung eine Bahnbreite von 9,15 m bis 12,2 m (30 bis 40 Fuß) abtastet, während in Längsrichtung 305 bis 610 m (1000 bis 2000 Fuß) Papier an ihm vorüberlaufen. Das bedeutet, dass die Längs- und Querdaten während eines Messlaufes gemischt werden. Ferner kann der traversierende Sensor nur einen kleinen Bruchteil des produzierten Papiers messen. Die vom Sensor abgetastete „Aufstandsfläche" liegt in der Regel unter 1% der Gesamtbahnfläche. Ein weiterer Nachteil liegt darin, dass das Bahnmaterial bei der Trocknung schrumpft, so dass entsprechende Korrekturen notwendig sind, um zu ermitteln, welches Stellglied am Stoffauflauf den eigentlichen Messpunkt beeinflusst.
Um die Querinformationen vom Datenmix zu trennen, werden gewöhnlich die Daten mehrerer Messläufe gefiltert, um die Längsschwankungen herauszumitteln. Die Filterung benötigte mehrere Minuten bis zur Erzielung eines genauen Querprofils. Die Extraktion der Längsinformationen erfolgt gewöhnlich ausgehend vom Durchschnitt aller über die Bahnbreite erhaltenen Messwerte, d. h. ausgehend vom „Abtastdurchschnitt". Diese Verfahren haben sich über die Jahre hinweg zwar als zuverlässig und exakt erwiesen, aber der Hauptnachteil besteht darin, dass sie langsam sind und dass nur ein kleiner Bruchteil der Gesamtbahnfläche tatsächlich messtechnisch erfasst wird.
US A 5,071,514 offenbart ein System zur Regelung des Stofftrockengewicht-Querprofils für ein Materialblatt. Wie deutlich wird, besteht in der Technik ein Bedarf an effektiven Verfahren zur Regelung und Messung des Papiertrockengewichts in einer Papiermaschine, insbesondere des Stofftrockengewicht-Querprofils.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt ein System gemäß Anspruch 1 zur Verfügung.
Das System kann die Merkmale enthalten, die in einem oder mehreren der abhängige Ansprüche 2 bis 15 angegeben sind.
Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein Verfahren nach Anspruch 16 zur Verfügung.
Das Verfahren kann die Merkmale enthalten, die in einem oder mehreren der Ansprüche 17 bis 22 angegeben sind.
Die vorliegende Erfindung beruht zum Teil auf der Erkenntnis, dass in der Papiermaschinenregelung erhebliche Verbesserungen erzielt werden können, indem über die Bahnbreite quer zum Sieb einer Papiermaschine eine Gruppe von Sensoren verwendet wird, um das Wassergewicht des auf dem Sieb befindlichen Papierstoffs zu messen. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Messungen der Flächenmasse des nassen Faserstoffs mit einer Gruppe von unter dem Sieb angeordneten Wassergewichtssensoren vorgenommen ("Under-Wire"-Sensoren, nachfolgend kurz als UW³-Sensoren bezeichnet), wobei jeder Sensor auf drei Eigenschaften des Materials anspricht: Leitfähigkeit bzw. Widerstand, Dielektrizitätskonstante und örtliche Nähe des Materials zum UW³-Sensor. Eine oder mehrere dieser Eigenschaften werden in Abhängigkeit vom zu messendem Material jeweils dominieren.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Vielzahl von UW³-Sensoren unterhalb des Siebes einer Papiermaschine positioniert, um die Leitfähigkeit des wässrigen Faserstoffes zu messen. In diesem Fall ist die Leitfähigkeit des nassen Stoffes hoch und dominiert die Messung des UW³-Sensors. Die Leitfähigkeit des nassen Stoffes ist direkt proportional zum Gesamtwassergewicht im nassen Stoff; demzufolge liefert der Sensor Informationen, die zur Überwachung und Regelung der produzierten Papierblattqualität verwendet werden können. Da das Wassergewicht-Querprofil praktisch sofort und ohne Zeitverzug erhalten wird, werden die Längs- und Querschwankungen wesentlich entkoppelt. Qualitätsverbesserungen beim hergestellten Materialblatt erfolgen durch die schnelle Ansteuerung der Stellglieder auf der Maschine und durch die Abstimmung von Maschinenkomponenten zur Beseitigung der Schwankungsquellen. Beispielsweise wird die Erfindung die Herstellung von gleichmäßigerem Papier ermöglichen. Ein weiterer Vorzug der Erfindung besteht darin, dass die Messung mit der UW³-Sensorgruppe auch im Falle von Bahnabrissen fortgeführt wird. Damit bleibt die Ansteuerung auch bei der Wiedereinführung der Bahn in die Maschine erhalten.
In einem Aspekt richtet sich die Erfindung auf ein System zur Regelung des Stofftrockengewicht-Querprofils für ein Materialblatt, das aus nassem Stoff auf einer Entwässerungsmaschine gebildet wird, die ein sich bewegendes wasserdurchlässiges Sieb, das den nassen Stoff stützt, und eine Trockenpartie umfasst, wobei dieses System folgendes beinhaltet:

(a) einen Stoffauflauf mit einer Vielzahl von Auslaufschlitzen, durch die der nasse Stoff auf das laufende Sieb aufgebracht wird;
(b) eine Gruppe von Wassergewicht-Sensorelementen, die unter und neben dem Sieb positioniert sind, wobei die Gruppe der Wassergewicht-Sensorelemente so angeordnet ist, dass sie sich quer zum Sieb erstreckt und erste Signale erzeugt, die ausgehend vom nassen Stoff auf dem Sieb ein Wassergewicht-Querprofil anzeigen, das aus einer Vielzahl von Wassergewichtsmessungen besteht, die an unterschiedlichen Standorten in Querrichtung durchgeführt werden;
(c) einen zweiten Sensor, der das Stofftrockengewicht des Materialblattes in der Trockenpartie misst;
(d) Mittel zur Vorhersage des Stofftrockengewicht-Querprofils für ein auf dem Sieb befindliches Materialsegment durch Bestimmung des Wassergewicht-Querprofils des Segments und zur Erzeugung eines zweiten Signals, das das vorhergesagte Stofftrockengewicht-Querprofil anzeigt; und
(e) Mittel zur Regelung des Stofftrockengewicht-Querprofils auf Grundlage dieses zweiten Signals.

In einem weiteren Aspekt richtet sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Regelung des Stofftrockengewicht-Querprofils eines Materialblatts, das aus einen nassen Stoff in einem Prozess gebildet wird, der eine Entwässerungsmaschine verwendet, die einen Stoffauflauf mit einer Vielzahl von Auslaufschlitzen, durch die nasser Stoff auf ein wasserdurchlässiges laufendes Sieb aufgebracht wird, und eine Trockenpartie umfasst, wobei dieses Verfahren die folgenden Verfahrensschritte beinhaltet:

(a) Positionierung einer Gruppe von Wassergewicht-Sensorelementen unter dem und angrenzend zum Sieb, wobei diese Gruppe rechtwinklig zum laufenden Sieb angeordnet ist;
(b) Betrieb der Maschine und Messung der Wassergewichte des Materialblatts mit dieser Gruppe, um ein Wassergewicht-Querprofil zu erzeugen;
(c) Positionierung eines zweiten Sensors an der Trockenpartie zur Messung des Stofftrockengewicht-Querprofils des ausgebildeten Materialblatts;
(d) Vorhersage des Stofftrockengewicht-Querprofils für ein auf dem Sieb befindliches Materialblatt anhand des Wassergewicht-Querprofils für das Materialblatt; und
(e) Regelung des Stofftrockengewicht-Querprofils.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1A zeigt ein grundlegendes Blockdiagramm des unter dem Sieb befindlichen Wassergewichtssensors (UW³-Sensors) und 1B zeigt die Äquivalenzschaltung des Sensorblocks.
2A zeigt ein Papierherstellungssystem, das die Technik der vorliegenden Erfindung realisiert.
2B zeigt die Positionierung einer Gruppe von Wassergewichtssensoren unter dem Sieb im Verhältnis zu Auslaufschlitzen im Stoffauflauf.
2C zeigt eine Querschnittsansicht der Nasspartie der Papiermaschine.
2D zeigt eine Draufsicht einer Platte, die eine Gruppe von in Querrichtung angeordneten UW³-Sensoren und eine Gruppe von in Querrichtung angeordneten Massesensoren umfasst.
3 zeigt ein Blockdiagramm des UW³-Sensors mit den Grundelementen des Sensors.
4A zeigt eine elektrische Darstellung einer Ausführungsform des UW³-Sensors.
4B zeigt eine Querschnittsansicht einer im UW³-Sensor verwendeten Messzelle und ihren allgemeinen körperlichen Einbauort innerhalb eines Blattherstellungssystems gemäß einer Ausführung des Sensors.
5A zeigt eine zweite Ausführungsform der im UW³-Sensor verwendeten Zellengruppe.
5B zeigt die Konfiguration einer einzelnen Messzelle in der zweiten Ausführungsform der Zellengruppe nach 5A.
6A zeigt eine dritte Ausführungsform der im UW³-Sensor verwendeten Zellengruppe.
6B zeigt die Konfiguration einer einzelnen Messzelle in der dritten Ausführungsform der Zellengruppe nach 6A.
Die 7A und 7B sind zwei Wassergewicht-Querprofile, die zu unterschiedlichen Zeitintervallen gemessen wurden.
8 ist ein Diagramm von Wassergewicht-Längsprofilen, die an unterschiedlichen Auslaufschlitzpositionen gemessen wurden.
Detailbeschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die vorliegende Erfindung nutzt ein System, das eine Gruppe von Sensoren enthält, die in der Nasspartie einer Papiermaschine, z. B. Langsiebmaschine, quer über die Bahnbreite das Wassergewicht des nassen Stoffes auf dem Sieb messen. Diese UW³-Sensoren haben eine sehr schnelle Ansprechzeit (1 ms) und da sie in Gruppe vorgesehen sind, lässt sich ein im Wesentlichen sofortiges Querprofil des Wassergewichts erhalten. Das System mischt demzufolge keine Längs- und Querinformationen und kann die gesamte Materialbahn mit einer Auflösung von 2,54·10^–2 m × 2,54·10^–2 m (1 Zoll × 1 Zoll) messen. Da in der Nasspartie praktisch keine Bahnschrumpfung (Breitenreduzierung) auftritt, können die Messungen der Sensorelemente der Gruppe direkt auf die Ansteuerung von Stellgliedern am Stoffauflauf zurückgeführt werden. Der UW³-Sensor erzeugt ein Signal, das proportional zu der auf dem Sieb befindlichen Wassermenge ist, welche ihrerseits proportional zu der vorliegenden Menge an Fasern (z. B. Papierfaserstoff) ist. Diese Messung ist jedoch keine absolute Messung, da das Trockengewicht des fertigen Papierendprodukts Schwankungen in Abhängigkeit von den Gesamtbetriebsbedingungen aufweisen wird. Tatsächlich können gleiche Wassergewicht-Messwerte, die zu unterschiedlichen Betriebszeiten aufgenommen werden, unterschiedliche Papiersorten bedeuten. Deshalb wird, wie hier noch weiter erläutert wird, in der Trockenpartie ein Sensor zur Kalibrierung der UW³-Sensoren eingesetzt.
Der Begriff „Wassergewicht" bezieht sich auf die Wassermasse bzw. das Wassergewicht pro Flächeneinheit des auf dem Sieb befindlichen nassen Papierstoffs. Die Wassergewicht-Sensoren werden in der Regel kalibriert, um Gramm pro Quadratmeter (g/m²) als technische Einheit zu erhalten. Angenähert lässt sich sagen, dass ein Messwert von 10.000 g/m² einem Papierstoff entspricht, der auf dem Siebtuch eine Dicke von 1 cm besitzt. Der Begriff „Trockengewicht" bzw. „Stofftrockengewicht" bezieht sich auf das Materialgewicht (unter Ausschluss jeglichen Wassergewichts) pro Flächeneinheit. Der Begriff „Flächenmasse" bezieht sich auf das Gesamtmaterialgewicht pro Flächeneinheit.
In den 2A und 2C enthält ein System zur Herstellung eines kontinuierlichen Bahnmaterials verschiedene Prozessstufen, die einen Stoffauflauf 50, ein Glättwerk 61 und eine Aufrollung 62 umfassen. Stellglieder 63 im Stoffauflauf 50 bringen nasses Material durch eine Vielzahl von Auslaufschlitzen auf ein stützendes Sieb 43 auf, das zwischen Walzen 54 und 55 läuft. Entwässerungsleistungen (Foils) 250 und Saugkästen 51A und 51B entfernen Wasser aus dem Material auf dem Sieb. Die Saugkästen können eine Vielzahl von Stellgliedern 52 besitzen, die quer über die Saugkastenbreite die Stärke des Vakuums verstellen können. Das Bahnmaterial läuft nach Verlassen des Siebs durch einen Trockner 64, der das Stellglied 65 enthält, mit dem die Trocknertemperatur angepasst werden kann. Ein Abtastsensor 67, der von einem Stützrahmen 71 getragen wird, läuft kontinuierlich die Bahnbreite ab und misst die Eigenschaften der fertigen Bahn in Querrichtung. In einer alternativen Ausführungsform wird stattdessen ein stationärer Sensor 68 eingesetzt, der Stofftrockengewicht, Flächenmasse bzw. Feuchte misst. Das Fertigprodukt 48 wird in Bahnform auf Rolle 62 gewickelt. Im vorliegenden Dokument umfasst der als „Nasspartie" bezeichnete Teil des in 2A dargestellten Systems den Stoffauflauf, die Siebbahn und die noch vor dem Trockner befindlichen Abschnitte, während die „Trockenpartie" die ab dem Trockner nachgeschalteten Abschnitte beinhaltet. Die Siebränder beidseits der Bahnbreite werden als „vorn" (Vorderseite) und „hinten" (Hinterseite) bezeichnet, wobei die Hinterseite die Antriebsseite bedeutet und durch die Nähe zur Maschinentechnik weniger zugänglich ist als die Vorderseite (Bedienerseite).
Eine Gruppe 90 der UW³-Sensoren wird unter dem Sieblauf 43 so positioniert, dass jeder einzelne Sensor unter einem Teilabschnitt der Siebbahn platziert wird, die den nassen Stoff trägt. Wie in der Folge weiter beschrieben, ist jeder Sensor so konfiguriert, dass er das Wassergewicht des Bahnmaterials misst, während das Bahnmaterial über die Sensorgruppe läuft. Die Sensorgruppe liefert eine kontinuierliche Messung über die Breite (Querrichtung) des gesamten Bahnmaterials an der Stelle, wo die Bahn die Sensorgruppe passiert. Aus vielfachen Wassergewichtsmessungen an unterschiedlichen Querstandorten wird ein Profil erstellt. Beim Betrieb des Systems läuft ein traversierender Abtastsensor 67 bei allgemein konstanter Geschwindigkeit je Messlauf von Seitenkante zu Seitenkante einer Bahn des Fertigerzeugnisses. In der Regel wird für einen typischen Messlauf eine Zeit von zwanzig bis dreißig Sekunden benötigt. Gewöhnlich ist die Anzahl der von diesen Sensoren gelieferten Messungen pro Zeiteinheit einstellbar, aber eine typische Messrate ist ein Messwert pro 6,25 Millisekunden. Der Tastsensor wird in der Regel so gesteuert, dass er mit einer Geschwindigkeit von ca. 40,6·10^–2 m (16 Zoll) pro Sekunde die Bahn abfährt. Ebenso könnte eine Vielzahl stationärer Sensoren verwendet werden. Traversierende Sensoren sind bekannt und beispielsweise in den US-Patenten Nr. 5,094,535 , 4,879,471 , 5,315,124 und 5,432,353 beschrieben. Diese Vorrichtungen verwenden gewöhnlich ein auf einem Abtastkopf angebrachtes Messgerät mit wiederholter Abtastung über die Bahnbreite. Die Messgeräte können mit einem Breitband-Infrarotstrahler und einem bzw. mehreren Detektoren (Empfängern) arbeiten, wobei die interessierende Wellenlänge durch einen Schmalbandfilter, beispielsweise einen Interferenzfilter, ausgewählt wird. Es gibt zwei Hauptarten von Messgeräten: Durchlichtgeräte („transmissiv"), bei denen Strahler und Empfänger diesseits und jenseits der Materialbahn angeordnet sind und, falls es sich um ein traversierendes Gerät handelt, synchron abgefahren werden, sowie Streulichtgeräte („reflektiv"), bei denen Strahlungsquelle und Empfänger in einem einzigen Kopf auf einer Seite der Bahn untergebracht sind und der Empfänger auf die Größe der von der Bahn verursachten Streuung der Quellenstrahlung anspricht.
Eine andere Art von Abtastsensor ist das kerntechnische Strahlungsmessgerät, das radioaktive Strahlung (Betastrahlen) auf eine Oberfläche der laufenden Materialbahn richtet und die durchgehende Strahlung misst. (Die Menge absorbierter radioaktiver Strahlung pro gegebener Flächeneinheit ist ein Maß für das Flächengewicht des absorbierenden Materials.) Kerntechnische Geräte verwenden als Betastrahlenquelle oft das radioaktive Edelgas Krypton 85 bzw. Promethium 147. Ein bevorzugter Abtastsensor für das erfinderische System nutzt einen Betastrahlensensor und ist erhältlich bei Honeywell-Measurex, Inc., Cupertino, CA. Wie in 2A dargestellt, beinhaltet das System ferner ein Profilanalysegerät 53, das beispielsweise am Abtastsensor 70 angeschlossen ist, und jeweils Stellglieder (Aktuatoren) 65, 51 bzw. 63 am Trockner, an den Saugkästen bzw. am Stoffauflauf. Das Profilanalysegerät ist ein Signalprozessor mit einer Steuerung entsprechend den Messwerten, die von der Sensorgruppe 90 und vom Abtastsensor 70 kommen. Während des Betriebs erhält das Analysegerät vom Abtastsensor 70 Signale, die die Größenordnung einer gemessenen Eigenschaft des Materialblattes (z. B. Dicke bzw. Trockenflächengewicht) an verschiedenen Messstellen entlang der Querrichtung angeben. Gleichzeitig liefert die UW³-Sensorgruppe die Wassergewicht-Querprofile an das Analysegerät. Das Analysegerät beinhaltet ferner Mittel zur Regelung verschiedener Komponenten des Blattherstellungssystems einschließlich beispielsweise der oben beschriebenen Stellglieder.
2B illustriert den Stoffauflauf 50 mit zwei Auslaufschlitzen 50A und 50B, durch die nasser Faserstoff 95 auf das Sieb 43 ausläuft, und mit einer quer angeordneten Gruppe von UW³-Sensoren, die zum Zwecke der Illustration sechs Sensoren (57A bis 57F) umfasst. In tatsächlichen Papierherstellungssystemen ist die Anzahl der Auslaufschlitze und Sensoren wesentlich größer. Beispielsweise kann es bei einem Stoffauflauf von 7,62 m (300 Zoll) Länge 300 bzw. noch mehr Auslaufschlitze geben. Die Stoffaustrittsgeschwindigkeit an den Austrittsöffnungen 82A und 82B der Auslaufschlitze lässt sich durch die entsprechenden Stellglieder 53A bzw. 53B regeln. Während sich die Siebbahn vom Stoffauflauf auf die Sensorgruppe zubewegt, wird der aus der Austrittsöffnung 82A auslaufende nasse Stoff durch Sensoren 57A, 57B und 57C und gleichweise der aus der Austrittsöffnung 82B auslaufende nasse Stoff durch Sensoren 57D, 57B und 57F gemessen. Wie deutlich zu sehen, hängt die Anzahl der dem jeweiligen Auslaufschlitz entsprechenden Sensoren teilweise von der relativen Größe der Sensoren ab, d. h. wenn zur Erzielung einer größeren Auflösung die Sensoren kleiner ausgelegt werden, können mehr Sensoren eingesetzt werden. Die Sensorgruppe wird vor der Trockenlinie 88 positioniert, die sich im Zuge des Entwässerungsprozesses auf dem Sieb entwickelt.
In einer Ausführungsform verwendet das Profilanalysegerät 53 Daten des UW³-Querprofils und das Trockengewicht vom Abtastscanner für die Erstellung von Steuerinformationen zur Ausgleichung von Prozessschwankungen in der Querrichtung. Beispielsweise kann die Menge von nassem Faserstoff, die durch die Austrittsöffnungen ausläuft, mit den Stellgliedern 53A und 53B reguliert werden. Dies lässt sich durch Erstellung eines Modells erreichen, das das Verhalten des nassen Stoffes auf dem Formiersieb simuliert und ausgehend von Wassergewichtsmessungen am Sieb, wie in der Folge noch beschrieben, das Stofftrockengewicht-Querprofil vorhersagt.
Es ist nachgewiesen worden, dass schnelle Schwankungen des Wassergewichts auf dem Sieb gut mit schnellen Schwankungen des Trockengewichts der produzierten Materialbahn korrelieren, wenn das Wassergewicht auf dem Sieb vor der Trockenlinie gemessen wird. Grund dafür ist, dass im Wesentlichen alles Wasser auf dem Sieb von den Papierfasern zurückgehalten wird. Da eine größere Anzahl von Fasern eine größere Menge von Wasser zurückhält, korreliert das gemessene Wassergewicht gut mit dem Faserstoffgewicht. Die Verwendung des Wassergewichts auf dem Sieb als genauen Indikator für das Faserstoffgewicht verlangt eine periodische Nachkalibrierung. Die Nachkalibrierungen sind notwendig, da sich das Verhältnis zwischen Fasergewicht und Wassergewicht mit den Schwankungen von Prozessparametern ändert. Zu diesen Parametern zählen beispielsweise: 1) Siebgeschwindigkeit, 2) Mahlung, 3) Retentionshilfsmittel, 4) Siebverschleiß und 5) Fasertyp. Da diese Faktoren sich relativ langsam ändern, hält jede Kalibrierung ein paar Minuten. Der Abtastsensor liefert eine genaue Messung des Fasergewichts auf einer langsamen Zeitskala und so kann das Verhältnis von Wassergewicht zu Fasergewicht periodisch angepasst werden. Der so korrigierte Wassergewichtsmesswert gewährleistet dann einen schnellen, genauen und hochauflösenden Wert für das Faserstoffgewicht des gesamten Materialblattes.
Aufgrund des großen Datenvolumens, das bei hoher Auflösung (z. B. 2,54·10^–2 m × 2,54·10^–2 m [1 Zoll × 1 Zoll]) des Systems erzeugt wird, wird davon ausgegangen, dass unter normalen Bedingungen eine geringere Auflösung in Maschinenlaufrichtung (Längsrichtung) verwendet werden könnte. Das heißt, das Querprofil würde mit Längsintervallen größer als 2,54·10^–2 m (1 Zoll) gemessen werden. Die Verwendung des Systems mit geringerer Längsauflösung bietet jedoch weiter Vorteile. Da das Querprofil im Wesentlichen als Momentaufnahme bestimmt wird, ist die Quermessung nicht mit Längsschwankungen vermischt. Die momentanen Querprofile sind im Wesentlichen vollständig von Längsschwankungen entkoppelt.
Die Kalibrierung wird beispielsweise dadurch erreicht, dass ein ca. alle drei Minuten bestimmter Durchschnitt des Trockenflächengewichts, das vom Abtastsensor 67 in der Nähe der Aufrollung 62 bestimmt wird, mit zeitgleich bestimmten Durchschnitten des von der Sensorgruppe gemessenen Wassergewichts auf dem Sieb korreliert wird. Die Regressionsanalyse der letzten 10 Durchschnitte verwendet dann Daten aus 30 Minuten, um die richtige Steigung und Konstante für die Kalibrierung aufrechtzuerhalten. Die Sensorgruppe kann daraufhin das exakte Trockenflächengewicht mit bis zu 600 Messwerten pro Sekunde liefern.
Ein anderes Verfahren besteht darin, dass das Trockengewicht vom Abtastsensor pro Auslaufschlitz und die Wassergewichtsdaten pro Fühlelement der Sensorgruppe gemittelt werden. Die Regression erfolgt zwischen den Daten des jeweiligen Auslaufschlitzes (z. B. 82A) und den Daten der entsprechenden Gruppensensoren (z. B. 57A, 57B und 57C). Für jeden einzelnen Satz von Sensoren werden eine separate Steigung und Konstante angewendet. Ein Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass Faktoren wie ungleichmäßiger Siebverschleiß in Querrichtung aus dem Endwert herauskalibriert werden können. Darüber hinaus werden die Bediener durch Überwachung der Kalibrierdifferenzen alarmiert, sobald ein übermäßiger Siebverschleiß vorliegt.
Wassergewicht-Querprofil.
Viele Faktoren beeinflussen die Form des Wassergewicht-Querprofils, das von der in Querrichtung angeordneten UW³-Sensorengruppe gemessen wird. Zu diesen Faktoren der Nasspartie gehören beispielsweise: (1) Schwankungen des Wassergewichts in Maschinenlaufrichtung, (2) Schwankung der Austrittsgeschwindigkeit des Papierstoffs über die Maschinenbreite, (3) Schwankung der Entwässerung über die Maschinenbreite, (4) Schwankung der Stoffdichte (Konsistzenz) über die Maschinenbreite und (5) die hydrodynamischen Blattbildungsprozesse.
Schwankung in Maschinenlaufrichtung (Längsschwankung).
Bezüglich der Längsschwankung des Wassergewichtprofils wurde beobachtet, dass die Form des Wassergewicht-Querprofils trotz Längsschwankungen insgesamt konstant bleibt. 7A ist ein Wassergewicht-Querprofil, das in einer Papiermaschine mit einer in Querrichtung angeordneten Gruppe von UW³-Sensoren gemessen wurde. Das Wassergewicht wird in Gramm pro Quadratmeter (g/m²) gemessen und die Lage auf dem Sieb in der Maschinenbreite (y-Achse) entspricht der Nummer des jeweiligen unter dem Sieb angeordneten Sensors (56 insgesamt). 7B zeigt die gleiche Messung 30 Sekunden später ohne zwischenzeitliche Änderungen an den Betriebsparametern der Maschine. Wie deutlich zu sehen, hat das Wassergewichtprofil der zweiten Messung zwar einen insgesamt höheren Wert, aber die beiden Profile sind sich in der Kontur sehr ähnlich. Das lässt darauf schließen, dass zeitliche Schwankungen jeden Auslaufschlitz im Stoffauflauf über die Maschinenbreite im Wesentlichen im gleichen Maße und im Wesentlichen gleichzeitig beeinflussen.
Diese Beobachtung über das Verhalten des nassen Stoffes auf dem Sieb wird in dem Diagramm der 8 bestätigt, wo Wassergewicht-Längsprofile dargestellt sind, die über einen Zeitraum von ca. 270 Betriebssekunden an unterschiedlichen Auslaufschlitzpositionen 7 (obere Kurve) und 28 (untere Kurve) gemessen wurden. Die beiden Profile wurden mit UW³-Sensoren gemessen, die den Sensoren 3, 19 und 32 entsprechen. Wie deutlich wird, sind zwar die absoluten Wassergewichtswerte unterschiedlich, aber die Konturen der Profile ähnlich.
Schwankung des Wassergewichts in Querrichtung.
Die Schwankung über die Maschinenbreite betrifft unterschiedliche Austrittsgeschwindigkeiten des Stoffstrahls an den Auslaufschlitzen des Stoffauflaufs. Jegliche Ungleichförmigkeit der Austrittsgeschwindigkeiten macht sich im Signal und bei den UW³-Sensoren bemerkbar.
Ungleichförmiges Entwässerungsprofil über die Siebbreite.
Die Entwässerung auf dem Formiersieb ist in Querrichtung nicht gleichförmig. Ursachen dieser Ungleichförmigkeit sind Querschwankungen bei Siebspannung, Siebdurchlässigkeit (Verschmutzungsgrad), Saugkasten, Chemikalienzugabe und Stoffauflaufzuführsystem. Eine in Querrichtung gleichförmige und stabile Siebentwässerung ist wesentlich dafür, dass das hergestellte Papier in der Trockenpartie über die Maschinenbreite eine hohe Gleichförmigkeit aufweist. Die vor der Siebtrockenlinie quer zur Maschine angeordnete Gruppe von UW³-Sensoren kann zur Messung des Entwässerungsquerprofils auf dem Sieb eingesetzt werden und das Profil kann für die Vorwärts- und/oder Rückwärtsführung verwendet werden.
Software-Spezifikation.
Folgendes ist die Software-Spezifikation zur Berechnung des am Sieb prognostizierten Trockengewicht-Querprofils ausgehend von den Messwerten des UW³-Querprofils und des an der Endaufrollung vom Abtastsensor gemessenen Trockengewichtprofils. Die Spezifikation eignet sich insbesondere zur Ausführung mit einem Mikroprozessor, der die Software LABVIEW 4.0.1 von National Instrument (Austin, TX) verwendet.
A. Verlaufspuffer.
Es werden zwei Verlaufspuffer (kurz HB – history buffer) verwendet, um das Wassergewicht-Querrohprofil WWCDX(j) und das Trockengewichtprofil vom Abtastsensor kontinuierlich abzuspeichern, sobald neue Profile für das Wassergewicht (WW) bzw. Trockengewicht (DW) erzeugt werden. Da Wassergewichtprofil und Trockengewichtprofil nicht die gleiche Größe haben müssen, ist eine Profiltransformation am Trockengewicht-Miniprofil wesentlich, bevor Profilberechnungen zwischen Wassergewicht und Trockengewicht vorgenommen werden. Das Querrohprofil WWCDX(j) wird einmal pro Sekunde aktualisiert und das Trockengewichtprofil wird am Messlauf-Ende (EOS), d. h. ca. alle 20 Sekunden, aktualisiert; somit wird das Wassergewicht-Querrohprofil WWCDX(j) vor der Ablage im Verlaufspuffer zu einem über den Zeitraum des Messlauf-Endes (EOS) gemittelten Durchschnittswert. Der ASCII-Wert „H" wurde in Variablennamen verwendet und zeigt an, dass die Berechnung direkt aus dem Verlaufspuffer erfolgt. Beide Verlaufspuffer sind als zirkuläre Warteschlange strukturiert und verfügen über ausreichend viele Zellen zur Aufnahme von mindestens 10 Minuten von Daten. Da diese Verlaufspuffer als zirkuläre Warteschlange angelegt sind, werden bei Auffüllung der Verlaufspuffer die ältesten Daten durch neue Daten ersetzt. Es folgen die Begriffsbestimmungen und Berechnungen von Variablen im Zusammenhang mit dem Wassergewicht-Verlaufspuffer (WW-Puffer) und Trockengewicht-Verlaufspuffer (DW-Puffer). Das Symbol bezieht sich hier auf Prozent/100.

(1) WIndexHB: Index, der auf diejenige Zelle im WW- Verlaufspuffer hinweist, in der das neueste Wassergewicht-Querrohprofil abgespeichert wird.
(2) WInOfsHB: Geltender Index-Korrekturbetrag (Offset) für den Wassergewicht-Verlaufspuffer. Er dient zur Berücksichtigung (bzw. Korrektur) der Prozessverzögerungszeit von der quer angeordneten UW³-Sensorgruppe am Sieb zum Trockengewicht-Abtastsensor an der Aufrollung plus hälftige EOS-Zeit. Diese Variable ist gewöhnlich eine örtliche Ausgangsgröße abhängig von der papiermaschinenspezifischen Konfiguration.
(3) DIndex HB: Index, der auf diejenige Zelle im Trockengewicht-Verlaufspuffer hinweist, in der das neueste Trockengewicht-Querprofil abgelegt wurde.
(4) AWWCDH(j): Auslaufschlitz-Durchschnitt der im Verlaufspuffer abgespeicherten Wassergewicht-Querprofile. Bei der Berechnung von AWWCDH(j) werden sowohl WIndeHB als auch WinOfsHB verwendet.
(5) AVGWWH: Durchschnitt von Profil AWWCDH(j), ist eine einelementige Fließkommavariable.
(6) AWW%CDH(j): Auslaufschlitz-Durchschnitt des Wassergewicht-Querprofils in % aus dem Verlaufspuffer, berechnet als: AWW%CDH(j) = [AWWCDH(j) – AVGWWH]/AVGWWH
(7) ADWCDH(j): Auslaufschlitz-Durchschnitt der im Verlaufspuffer abgespeicherten Trockengewicht-Querprofile. Bei der Berechnung von ADWCDH(j) wird der Index DIndexHB verwendet.
(8) AVGDWH: Durchschnitt von Profil ADWCDH(j), ist eine einelementige Fließkommavariable.
(9) ADW%CDH(j): Auslaufschlitz-Durchschnitt der Trockengewicht-Querprofile in % aus dem Verlaufspuffer, berechnet als: ADW%CDH(j) = [ADWCDH(j) – AVGDWH]/AVGDWH

B. Entwässerungs- und Blattbildungskorrektur
Hier geht es um ungleichförmige Entwässerung und Blattbildungskorrektur des UW³-Querrohprofils. Das korrigierte Wassergewicht-Querrohprofil in % wird durch WW%CDXX(j) dargestellt; „XX" zeigt an, dass das Rohprofil einer Korrektur unterliegt, und berechnet wird es nach der Formel: WW%CDXX(j) = {[WW%CDX(j) – BBWW%CDH(j)]·SHTFFH(j)} + BBDW%CDH(j)

(1) WW%CDX(j): Das Wassergewicht-Querrohprofil in %, berechnet als: [WWCDX(j) – WWLAVGX]/WWLAVGX. WWCDX(j) ist das Wassergewicht-Querrohprofil nach obiger Definition und WWLAVGX ist der letzte Durchschnitt des Wassergewicht-Querrohprofils WWCDX(j).
(2) BBWW%CDH(j): Backbone-Grundgerüst des Durchschnittlichen Wassergewicht-Langzeitquerprofils, das im Verlaufspuffer abgespeichert wird, definiert als: BBWW%CDH(j) = Medianwert {AWW%CDH(j)}. AWW%CDH(j) ist oben definiert. Der Standard-NI-VI-„Median" wird zur lokalen Glättung von Querschwankungen am Profil AWW%CDH(j) über die gesamte nasse Bahn verwendet, um das gewünschte Backbone des Wassergewicht-Querprofils zu erzeugen. Mit dem in die Datenbank eingebbaren Rang-Parameter RANK für den VI-„Median" wird festgelegt, wie groß der lokale Bereich für die Profilglättungsoperation sein soll.
(3) BBDW%CDH(j): Das Backbone des Durchschnittlichen Trockengewicht-Langzeitprofils aus dem Verlaufspuffer, definiert als: BBDW%CDH(J) = Medianwert {ADW%CDH(j)}. ADW%CDH(j) ist oben definiert. Die Berechnung des Backbone für das durchschnittliche Trockengewicht-Langzeitprofil ist der vorhergehenden Beschreibung zu entnehmen. Dabei ist zu beachten, dass der Rang, der hier zur Berechnung des „Medians" verwendet wird, unabhängig von dem Rang sein sollte, der zur Backbone-Berechnung für das Wassergewicht verwendet wird.
(4) SHTFFH(j): Der Blattbildungsfaktor (sheet forming factor – SHTFF) ist eine einzelne Fließkommavariable. Er wird aus dem Querverlauf von Wassergewicht und Trockengewicht berechnet und ist definiert als: SHTFFH(j) = {|ADW%CDH(j)|}/{|AWW%CDH(j)|}ADW%CDH(j) und AWW%CDH(j) sind oben definiert und |ADW%CDH(j)| ist der Absolutwert von ADW%CDH(j).

C. Vorhergesagtes Trockengewicht-Rohprofil am Sieb
Das vorhergesagte Trockengewicht-Querprofil PDWCDXX(j) ist: PDWCDXX(j) = {WWLAVGX·[1 + WW%CDXX(j)]}·[AVGDWH/AVGWWH].
WW%CDXX(j) ist das korrigierte Wassergewicht-Querrohprofil in % und WWLAVGX ist der Durchschnitt des Wassergewicht-Querrohprofils WWCDX(j).
AVGDWH und AVGWWH sind Gesamtdurchschnitte der in den Verlaufspuffern abgelegten Profile gemäß obiger Beschreibung.
D. Konsistenzquerprofil auf dem Sieb
Das als Bezugselement verwendete Stoffdichte- bzw. Konsistenzprofil CONSISH(j) in Querrichtung auf dem Sieb ist: CONSISH(j) = {AVGDWH·[1 + BBDW%CDH(j)]}/{AVGWWH·[1 + BBWW%CDH(j)]}.
BBDW%CDH(j) und BBWW%CDH(j) sind die Backbones der durchschnittlichen Trockengewicht- bzw. Wassergewicht-Langzeitprofile aus den Verlaufspuffern.
E. Doppelte digitale Filterung.
Ausgehend von der Beobachtung, dass bei Wassergewichtsmessungen die Querschwankung minimal bzw. sehr stabil ist, aber die Längsschwankung sehr groß ist, wird zur Querregelung eine doppelte digitale Filterung für das UW³-Querprofil erstellt. Zwei neue Eingangsgrößen, die aus dem vorhergesagten Trockengewicht-Querprofil PWDCDXX(j) berechnet werden, werden wie folgt vorgegeben:
PDWLAVGXX: Letzter Durchschnitt des vorhergesagten Trockengewicht-Rohprofils PWDCDXX(j).
PDW%CDXX(j): Das vorhergesagte Trockengewicht-Querrohprofil in %, definiert als: PDW%CDXX(j) = [PWDCDXX(j) – PDWLAVGXX]/PDWLAVGXX.
Zwei unabhängige Digitalfilter wurden auf PDWLAVGXX bzw. PDW%CDXX(j) angewendet. Die Filterungsverfahren sind in H. T. Hu, US-Patent 4,707,779 näher beschrieben. Ein geeigneter Filter ist ein herkömmlicher Exponentialfilter. Eine starke digitale Filterung erfolgt für den letzten Längsdurchschnitt PDWLAVGXX und die gefilterten Werte werden durch PDWLAVGYY dargestellt. Eine leichte digitale Filterung erfolgt für das %-Querrohprofil PDWCD%XX(j) und das gefilterte Profil wird durch PDWCD%YY(j) dargestellt. Die Endergebnisse für das gefilterte UW³-vorhergesagte Trockengewicht am Sieb werden wie folgt berechnet: PDWCDYY(j) = PDWLAVGYY·[1 + PDW%CDYY(j)].
Das Wesen einer doppelten digitalen Filterung besteht in einer möglichst kompletten Unterdrückung der Längsschwankungen zur Erreichung des vorhergesagten Trockengewichts bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Messempfindlichkeit gegenüber Querschwankungen.
Blattbildungsgrad am Sieb.
Der durch den Auslaufschlitz am Stoffauflauf aufgebrachte Papierstoff bildet auf seinem Weg vom Stoffauflauf zur Trockenlinie schnell ein Faservlies (Blatt) aus. Der Faserstoff lagert sich auf dem Sieb ab, während Wasser durch das Sieb abläuft („Siebwasser"). Demzufolge ist im Siebwasserbereich die Stoffdichte (Konsistenz) unmittelbar am Sieb höher als an weiter oben an der Oberfläche. Die Differenz zwischen der Oberflächenkonsistenz und der durchschnittlichen Gesamtkonsistenz kann genutzt werden, um den Grad der Blattbildung an einem bestimmten Punkt auf dem Sieb anzuzeigen. Zur Erzeugung eines in Längs- wie Querrichtung hochwertigen Papiers in der Trockenpartie der Papiermaschine ist es wesentlich, dass auf dem Formiersieb ein optimierter Grad von stabiler und in Querrichtung gleichförmiger Blattbildung gesichert wird.
Aus dem Wassergewichtprofil, das von der Gruppe der in Querrichtung vor der Trockenlinie angeordneten UW³-Sensoren gemessen wird, und dem Trockengewichtprofil, das von der Sensorik an der Endaufrollung gemessen wird, lässt sich der Blattbildungsgrad berechnen. Diese Information kann in Rückkopplung für die Regelung des Wassergewicht-Querprofils genutzt werden. Beispielsweise lässt sich die Querentwässerungskorrektur für das Wassergewicht-Querprofil durch Hinzufügen des Entwässerungsquerprofils bewerkstelligen, wie in der Folge noch beschrieben.
Bestimmung des Trockengewicht- bzw. Feuchtequerprofils ohne Abtastsensor an der Endaufrollung
Wie weiter oben beschrieben, zeigen die Daten der Diagramme 7A und 7B, dass das Wassergewicht-Querprofil im Umriss insgesamt über die Zeit relativ konstant bleibt. Da die Wassermenge auf dem Sieb proportional zur Fasermenge im Papierstoff ist, ist davon auszugehen, dass die Trockengewicht- und Feuchteprofile des produzierten Papiers die im Wesentlichen gleiche Form aufweisen wie das Messergebnis der quer angeordneten Wassergewicht-Sensorengruppe für den Papierstoff auf dem Sieb. Durch Anordnung eines stationären Sensors 68, z. B. Streulichtsensor bzw. Durchlichtsensor, an entsprechender Position, wie in 2A dargestellt, kann das Stofftrockengewicht bzw. die Feuchte am Aufroller kontinuierlich gemessen werden. Diese Information in Kombination mit dem am Sieb festgestellten Wassergewicht-Querprofil ergibt die Flächenmasse (Grammatur) bzw. das Feuchtemessprofil für das hergestellte Papier. Das Profil des Papiers ist identisch mit dem Wassergewicht-Querprofil, aber kalibriert entweder entsprechend der Flächenmasse bzw. entsprechend den Feuchtemessungen.
Bestimmung des Trockengewichts auf dem Sieb
Ein weiterer Aspekt der Nutzung der erfinderischen Wassergewichtsensoren besteht darin, dass das Trockengewicht des Papierstoffs auf dem Sieb festgestellt werden kann, ohne dass an der Aufrollung ein Abtastsensor genutzt wird. 2C zeigt ein Sieb der Papiermaschine mit Stoffauflauf 50, von dem aus Papierstoff auf das Sieb 43 aufläuft. Unter dem oberen Sieblauf, wo der Papierstoff aufliegt, befinden sich zwischen Brustwalze 54 und Sauggautsche 55 eine Mehrzahl von Foils 150 und eine Mehrzahl von Saugkästen 51A und 51B. Der Saugkasten 51A, der näher am Stoffauflauf liegt, hat in der Regel geringere Saugkräfte als der weiter entfernte Saugkasten 51B. Die Trockenlinie bildet sich in der Regel über Saugkasten 51B aus. Eine an der Platte 91 befestigte Gruppe von quer zum Sieb angeordneten Wassergewichtsensoren 90 wird vorzugsweise direkt vor dem Saugkasten 51B positioniert. Wie in 2D zu sehen, enthält die Platte 91 auch eine Gruppe von in Querrichtung angeordneten Massesensoren 93, die bei laufender Nasspartie die Gesamtmasse von Sieb und Papierstoff (einschließlich Fasern und Wasser) messen kann.
Bevorzugte Massesensoren sind unter anderem Röntgen- und Betastrahlsensoren, die in der Technik allgemein bekannt sind. Die Massesensoren können ebenso in den Foils, Saugkästen oder an anderen geeigneten Stellen angeordnet sein.
Mit einem oder mehreren Massesensoren kann die Gesamtmasse eines Siebsegments und des in diesem Segment aufliegenden Papierstoffs gemessen werden. Aus den Ausgangsmessungen lassen sich wiederum das ganze Sieb und der auf dem Sieb aufliegende Papierstoff extrapolieren. Im üblichen Fall, Gesamtmasse des ganzen Siebes, erhält man durch den Einsatz von Sensoren in Maschinenlaufrichtung genauere Messungen, da im Papierstoff in Maschinenrichtung ein Wassergradient vorliegt.
Wie in 2C dargestellt, werden die Foils 150, die Saugkästen 51A und 51B sowie die Platte 91 von geeigneten baulichen Elementen wie Balken 160A bzw. 160B und Ständer 161A bzw. 161B gestützt. Jeder Balken enthält einen eingebetteten Gewichtssensor 162, der das auf dem Balken aufliegende Gewicht misst. Der Gewichtssensor kann eine herkömmliche Kraftmessdose (Wägezelle) sein, die mit einem Messwandler (Transducer) versehen ist, der ein Spannungssignal proportional zur anliegenden Kraft erzeugt. Mit einem oder mehreren dieser Gewichtssensoren lässt sich das Gewicht des eigentlichen Siebes messen. Dazu wird zuerst das System nach dem Systemgewicht tariert, d. h. unter Berücksichtigung von Foils, Saugkästen und Platte. Daraufhin kann nach Einzug des Siebs dessen Gewicht durch diese Sensoren, d. h. Wägezellen, direkt gemessen werden.
Das Wassergewicht des Papierstoffs auf dem Sieb kann durch Nutzung eines oder mehr Sensoren, vorzugsweise der erfindungsgemäßen UW³-Sensoren, gemessen werden. Genauere Messungen lassen sich mit einer Mehrzahl von Sensoren erhalten. In einer Ausführungsform wird eine quer angeordnete Gruppe der Sensoren verwendet.
Das Trockengewicht eines Papierstoffblattes bzw. eines Teilsegments des Papiersstoffs auf dem Sieb ist die Differenz zwischen (1) der Gesamtmasse (d. h. Sieb, Fasern und Wasser), wie durch die Wägezellen bestimmt, und (2) der Summe von (a) Siebgewicht, wie durch die Messdosen bestimmt, und (b) Wassergewicht, wie durch die UW³-Sensoren bestimmt.
Unter dem Sieb angeordneter Wassergewichtsensor (UW³)- Sensor
Der Sensor kann im weitesten Sinne, wie in 1A zu sehen, als eine Blockschaltung dargestellt werden, die ein fixes Impedanzelement (Zfixed) enthält, das mit einem variablen Impedanzblock (Zsensor) zwischen einem Eingangssignal (Vin) und Erde in Reihe geschaltet ist. Das fixe Impedanzelement kann als Widerstand, Induktor, Kondensator bzw. als Kombination dieser Elemente ausgeführt sein. Das fixe Impedanzelement und die Impedanz Zsensor bilden ein Spannungsteilernetz, so dass Änderungen der Impedanz Zsensor zu Spannungsänderungen bei Vout führen. Der in 1A dargestellte Impedanzblock Zsensor stellt repräsentativ zwei Elektroden und das zwischen den Elektroden befindliche Material dar. Der Impedanzblock Zsensor kann ebenso auch die Äquivalenzschaltung dargestellt werden, die in 1B zu sehen ist, wo Rm der Widerstand des Materials zwischen den Elektroden ist und Cm die Kapazität des Materials zwischen den Elektroden ist. Der Sensor ist in der US-Patentanmeldung Nr. 08/766,864, eingereicht am 13. Dezember 1996, näher beschrieben.
Wie oben beschrieben, kann die Flächenmasse in der Nasspartie mit einem bzw. mehr UW³-Sensoren bestimmt werden. Sobald mehr als ein Sensor verwendet wird, werden die Sensoren zudem vorzugsweise gruppiert angeordnet.
Der Sensor spricht auf drei körperliche Eigenschaften des untersuchten Materials an: die Leitfähigkeit bzw. den Widerstand, die Dielektrizitätskonstante und die Nähe des Materials zum Sensor. Je nach gegebenem Material wird mindestens eine dieser Eigenschaften dominieren. Die elektrische Kapazität des Materials ist abhängig von der Geometrie der Elektroden, von der Dielektrizitätskonstante des Materials und von dessen Nähe zum Sensor. Für ein reines dielektrisches Material ist der Widerstand des Materials zwischen den Elektroden unendlich (d. h. Rm = ∞) und der Sensor misst die Dielektrizitätskonstante des Materials. Im Falle eines Materials mit hoher Leitfähigkeit ist der Widerstand des Materials wesentlich geringer als die kapazitive Impedanz (d. h. Rm << Z_Cm) und der Sensor misst die Leitfähigkeit des Materials.
Zur Realisierung des Sensors wird ein Signal Vin mit dem in 1A dargestellte Spannungsteilernetz verbunden und Änderungen des variablen Impedanzblocks (Zsensor) werden an Vout gemessen. In dieser Konfiguration gilt für die Sensorimpedanz (Zsensor): Zsensor = Zfixed·Vout/(Vin – Vout) (Gleichung 1). Die Änderungen der Impedanz von Zsensor haben Bezug auf körperliche Eigenschaften des Materials wie Gewicht, Temperatur und chemische Zusammensetzung. Dabei ist zu beachten, dass ein optimales Ansprechen des Sensors erzielt wird, wenn Zsensor annähernd gleich Zfixed ist bzw. im Bereich von Zfixed liegt.
Zellengruppe
4A zeigt eine elektrische Darstellung der Zellengruppe 24 (mit den Zellen 1 – n) und dessen Funktionsweise zur Messung von Leitfähigkeitsänderungen des wässrigen Gemischs. Wie dargestellt, ist jede Zelle über ein Impedanzelement, das in der vorliegenden Ausführungsform ein Widerstandselement Ro ist, mit dem Signal Vin vom Messsender 25 (Signalgenerator) gekoppelt. Unter Verweis auf Zelle n ist der Widerstand Ro mit der mittleren Teilelektrode 24D(n) verschaltet. Die äußeren Elektrodenabschnitte 24A(n) und 24B(n) sind jeweils mit Erde verbunden. In 4A sind ebenfalls Widerstände Rs1 und Rs2 dargestellt, die den Leitwert (Konduktanz) des wässrigen Gemischs jeweils zwischen den beiden Außenelektroden und der Mittenelektrode darstellen. Die Außenelektroden sind so angelegt, dass sie im Wesentlichen den gleichen Abstand von der Mittenelektrode haben und demzufolge der Leitwert zwischen der jeweiligen Außenelektrode und der Mittenelektrode im Wesentlichen gleich ist (Rs1 = Rs2 = Rs). Infolge dessen bilden Rs1 und Rs2 einen parallelen ohmschen Zweig, dessen effektiver Leitwert die Hälfte von Rs (d. h. Rs/2) beträgt. Es wird auch deutlich, dass die Widerstände Ro, Rs1 und Rs2 ein Spannungsteilernetz zwischen Vin und Erde bilden. 4B zeigt ferner den Querschnitt einer einzelnen Ausführung einer Zellenelektrodenkonfiguration in Bezug auf ein Blattherstellungssystem, bei dem sich die Elektroden 24A(n), 24B(n) und 24D(n) direkt unter der im wässrigen Gemisch eingetauchten Siebbahn 13 befinden.
Die Sensorvorrichtung basiert auf dem Konzept, dass Widerstand Rs des wässrigen Gemischs und Gewicht/Menge eines wässrigen Gemischs umgekehrt proportional sind. Demzufolge bewirkt eine Zunahme/Abnahme des Gewichts die Verminderung/Erhöhung von Rs. Änderungen von Rs verursachen entsprechende Spannungsschwankungen bei Vout, wie vom Spannungsverteilernetz mit Ro, Rs1 und Rs2 vorgegeben.
Die Spannung Vout einer jeden Zelle ist mit dem Detektor 26 gekoppelt. Somit erfasst der Detektor 26 Spannungsschwankungen, die direkt proportional zu Widerstandsschwankungen des wässrigen Gemischs sind, und liefert so Informationen bezüglich Gewicht und Menge des wässrigen Gemischs in der allgemeinen Nähe zu jeder Zelle.
Der Detektor 26 kann Mittel zur Verstärkung des Ausgangssignals der jeweiligen Zelle beinhalten und enthält im Falle eines Analogsignals ein Mittel zur Gleichrichtung des Signals, um das Analogsignal in ein Gleichspannungssignal (DC-Signal) umzuwandeln. In einer Ausführung mit besonders guter Eignung für fremdspannungsbehaftete Umgebungen ist der Gleichrichter ein schaltbarer Gleichrichter mit einem Phasensynchronisationskreis, der von Vin gesteuert wird. Im Ergebnis akzeptiert der Gleichrichter nur die Signalkomponenten, die die gleiche Frequenz wie das Eingangssignal haben, und liefert so ein äußerst gut gefiltertes DC-Signal. Der Detektor 26 beinhaltet gewöhnlich auch andere Schaltungen für die Umwandlung des Ausgangssignals der Zelle in Informationen zur Darstellung besonderer Eigenschaften des wässrigen Gemischs.
4A zeigt ferner einen Rückkopplungskreis 27 mit Referenzzelle 28 und Rückführsignalgenerator 29. Das Konzept des Rückkopplungskreises 27 besteht darin, eine Referenzzelle so abzutrennen, dass sie auf Änderungen derjenigen körperlichen Eigenschaften des wässrigen Gemisches anspricht, die nicht vom System gemessen werden sollen. Wenn beispielsweise das Wassergewicht gemessen werden soll, wird das Wassergewicht konstant gehalten, so dass von der Referenzzelle erzeugte Spannungsänderungen auf andere körperliche Eigenschaften, d. h. nicht auf Wassergewichtsänderungen, zurückzuführen sind. In einer Ausführung wird die Referenzzelle 28 in ein wässriges Rückwassergemisch eingetaucht, das die gleichen chemischen und Temperatureigenschaften wie das Wasser hat, in dem sich die Zellengruppe 24 befindet. Somit werden chemische bzw. Temperaturänderungen mit Auswirkung auf die von Gruppe 24 aufgenommene Leitfähigkeit auch von der Referenzzelle 28 registriert. Ferner ist die Referenzzelle 28 so konfiguriert, dass das Wassergewicht konstant gehalten wird. Von der Referenzzelle 28 generierte Spannungsänderungen Vout(ref.cell) sind demzufolge auf Änderungen der Leitfähigkeit des wässrigen Gemischs, nicht des Gewichts, zurückzuführen. Der Rückführsignalgenerator 29 wandelt die von der Referenzzelle erzeugten unerwünschten Spannungsänderungen in ein Rückführsignal um, welches Vin entweder erhöht bzw. vermindert und dadurch die Auswirkung der „fälschlichen" Spannungsänderungen auf das Messsystem unterdrückt. Wenn beispielsweise die Leitfähigkeit des wässrigen Gemischs in der Zellengruppe infolge einer Temperaturerhöhung ansteigt, wird Vout(ref.cell) abnehmen und einen entsprechenden Anstieg im Rückführsignal (Vfeedback) verursachen. Die Erhöhung von Vfeedback bewirkt wiederum die Erhöhung von Vin und damit die Kompensation der ursprünglichen erwärmungsbedingten Leitfähigkeitserhöhung des wässrigen Gemisches. Im Ergebnis ändert sich Vout der Zellen nur dann, wenn sich das Gewicht des wässrigen Gemischs ändert.
Ein Grund für die in 3 dargestellte Konfiguration der Zellengruppe, wo die Mittenelektrode zwischen die beiden geerdeten Elektroden platziert ist, ist die elektrische Abtrennung der Mittenelektrode und die Vermeidung äußerer Wechselwirkungen zwischen der Mittenelektrode und anderen Elementen im System. Es ist dabei jedoch darauf hinzuweisen, dass die Zellengruppe mit nur zwei Elektroden konfiguriert werden kann. 5A zeigt eine zweite Ausführungsform der Zellengruppe zur Verwendung im Sensor. In dieser Ausführungsform beinhaltet der Sensor eine erste geerdete längliche Elektrode 30 und eine zweite unterteilte Elektrode 31 mit Teilelektroden 32. Eine Einzelzelle ist so definiert, dass sie eine der Teilelektroden 32 und den Teilabschnitt der geerdeten Elektrode 30 beinhaltet, der an die entsprechende Teilelektrode angrenzt. 5A zeigt Zellen 1 – n, die jeweils eine Teilelektrode 32 und einen angrenzenden Teilabschnitt der Elektrode 30 beinhalten. 5B zeigt eine Einzelzelle n, wobei die Teilelektrode 32 über ein fixes Impedanzelement Zfixed mit dem Vin des Signalgenerators 25 gekoppelt ist und ein von der Teilelektrode 32 kommendes Ausgangssignal Vout erfasst wird. Wie deutlich werden dürfte, ist die je Zelle erfasste Spannung nun abhängig vom Spannungsteilernetz, von der variablen Impedanz, die jede Zelle liefert, und von dem fixen Impedanzelement, das mit der jeweiligen Teilelektrode 32 gekoppelt ist. Somit sind Änderungen des Leitwerts (Konduktanz) der jeweiligen Zelle nunmehr abhängig von Änderungen des Leitwerts von Rs1. Die Funktionsweise des verbleibenden Sensors entspricht der Ausführungsform nach 4A. Speziell liefert der Signalgenerator ein Signal zu jeder Zelle und der Rückkopplungskreis 27 kompensiert über Vin Leitwertschwankungen, die nicht von der gemessenen Eigenschaft herrühren.
Die in den 5A und 5B dargestellten Zellen können alternativ so verschaltet werden, dass Vin an die Elektrode 30 angeschlossen wird und die Teilelektroden 32 jeweils mit den fixen Impedanzelementen gekoppelt werden, die ihrerseits mit Erde verbunden werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Zellengruppe nach 6A und 6B beinhaltet die Zellengruppe eine erste unterteilte Elektrode 33 und eine zweite unterteilte Elektrode 34, die abständig zueinander angeordnet sind und einen ersten Satz von Teilelektroden 36 bzw. zweiten Satz von Teilelektroden 35 enthalten. Eine Einzelzelle (6B) beinhaltet Paare benachbarter Teilelektroden 35 und 36, wobei die Teilelektrode 35 in einer gegebenen Zelle einzeln mit dem Signalgenerator verbunden ist und die Teilelektrode 36 in der gegebenen Zelle das Signal Vout an einen Hochimpedanzverstärker sendet, der Zfixed liefert. Diese Ausführungsform ist zweckdienlich, wenn das zwischen den Elektroden befindliche Material als Dielektrikum wirkt und die Sensorimpedanz erhöht. Dann sind Spannungsänderungen bei Vout von der Dielektrizitätskonstante des Materials abhängig. Diese Ausführungsform bietet sich zur Realisierung in der Trockenpartie (2A) eines Blattherstellungssystems an (insbesondere unter dem und in Berührung mit dem kontinuierlichen Materialblatt 18), da trockenes Papier einen hohen Widerstand besitzt und sich dessen dielektrische Eigenschaften leichter messen lassen.
In einer körperlichen Realisierung des Sensors nach 1A zur Durchführung einzelner Messungen an mehr als einem Bereich eines Materials ist eine Elektrode des Sensors geerdet und die andere Elektrode segmentiert, so dass eine Gruppe von Elektroden gebildet wird (wie in der Folge näher beschrieben). In dieser Realsierung wird ein getrenntes Impedanzelement zwischen Vin und die jeweiligen Elektrodensegmente geschaltet. In einer Ausführung zur Durchführung von Einzelmessungen an mehr als einem Bereich eines Materials sind das fixe Impedanzelement und Zsensor gegenüber 1A genau umgekehrt angeordnet. Eine Elektrode ist mit Vin gekoppelt und die andere Elektrode ist segmentiert und mit einem Satz getrennter fixer Impedanzen gekoppelt, die ihrerseits jeweils mit Erde verbunden sind. Somit ist in dieser Realisierung des Sensors keine der Elektroden geerdet.
3 zeigt ein Blockdiagramm einer Realisierung der Sensorvorrichtung mit Zellengruppe 24, Signalgenerator 25, Detektor 26 und optionalem Rückkopplungskreis 27. Die Zellengruppe 24 beinhaltet zwei längliche geerdete Elektroden 24A und 24B und Mittenelektrode 24C, die abständig mittig zwischen den Elektroden 24A und 24B angeordnet ist und aus den Teilelektroden 24D(1) bis 24D(n) besteht. Eine Zelle innerhalb der Gruppe 24 ist so definiert, dass sie eine der Teilelektroden 24D enthält, die sich zwischen einem Teilabschnitt der geerdeten Elektrode 24A und einem Teilabschnitt der geerdeten Elektrode 24B befindet. Zelle 2 enthält beispielsweise die Teilelektrode 24D(2) und die geerdeten Elektrodenabschnitte 24A(2) und 24B(2). Für eine Verwendung im System nach 2 befindet sich die Zellengruppe 24 unter der und in Kontakt mit der stützenden Siebbahn 13 und kann entweder parallel zur Maschinenlaufrichtung (Längsrichtung – MD) oder parallel zur Querrichtung (CD) positioniert werden, je nach gewünschter Art von Information. Wenn die Sensorvorrichtung zur Bestimmung des Gewichts der in einem wässrigen Stoffgemisch enthaltenen Fasern per Leitfähigkeitsmessung verwendet werden soll, muss der nasse Stoff in einem Zustand sein, in dem das gesamte bzw. meiste Wasser in den Fasern enthalten sein muss. In diesem Zustand steht das Wassergewicht des nassen Stoffs in unmittelbarer Beziehung zum Fasergewicht und die Leitfähigkeit des Wassergewichts kann gemessen und zur Bestimmung des im nassen Stoff enthaltenen Fasergewichts verwendet werden.
Jede Zelle ist unabhängig über ein Impedanzelement Zfixed mit einer vom Signalgenerator 25 kommenden Eingangsspannung (Vin) verbunden und liefert eine Ausgangsspannung an den Spannungsdetektor 26 auf dem Bus Vout. Der Signalgenerator 25 liefert Vin. In einer Ausführungsform ist Vin ein analoges wellenförmiges Signal, jedoch können auch andere Signalarten wie ein DC-Signal verwendet werden. In der Ausführungsform, in der der Signalgenerator 25 ein wellenförmiges Signal ausgibt, kann die Realisierung auf vielerlei Art und Weise erfolgen und gewöhnlich wird ein Kristalloszillator zur Erzeugung eines Sinussignals und ein Phasensynchronisationskreis zur Gewährleistung der Signalstabilität verwendet. Ein Vorteil bei der Verwendung eines AC-Signals gegenüber einem DC-Signal besteht darin, dass eine Wechselspannungskopplung zur Eliminierung des DC-Offsets möglich ist.
Der Detektor 26 beinhaltet eine Schaltung zur Erkennung von Schwankungen der von den jeweiligen Teilelektroden 24D kommenden Spannung sowie eine Schaltung zur Umwandlung der Spannungsschwankungen in zweckdienliche Informationen bezüglich der körperlichen Eigenschaften des wässrigen Gemischs. Der optionale Rückkopplungskreis 27 beinhaltet eine Referenzzelle mit ebenfalls drei Elektroden in ähnlicher Konfiguration wie eine Einzelzelle der Sensorgruppe. Die Referenzzelle spricht auf unerwünschte Änderungen derjenigen körperlichen Eigenschaften der wässrigen Lösung an, die die Sensorik nicht messen soll. Wenn beispielsweise der Sensor Spannungsschwankungen erfasst, die durch Wassergewichtsänderungen bedingt sind, wird die Referenzzelle so konfiguriert, dass sie ein konstantes Wassergewicht misst. Demzufolge sind Änderungen der Spannung/Leitfähigkeit, die von der Referenzzelle erfasst werden, durch andere körperlichen Eigenschaften des wässrigen Gemisches (wie Temperatur und chemische Zusammensetzung) bedingt, aber nicht durch Gewichtsänderungen. Der Rückkopplungskreis verwendet die von der Referenzzelle generierten Spannungsänderungen zur Erzeugung eines Rückführsignals (Vfeedback) für die Korrektur von Vin zur Kompensierung dieser unerwünschten Eigenschaftsänderungen des wässrigen Gemischs (wie weiter noch näher ausgeführt wird). Die von der Referenzzelle gelieferten Informationen über die nicht-gewichtsbezogene Leitfähigkeit des wässrigen Gemischs können ferner nützliche Daten im Blattherstellungsprozess zur Verfügung stellen.
Einzelne Zellen des Sensors 24 lassen sich problemlos im System der 2A und 2B einsetzen, so dass die einzelnen Zellen (1 bis n) jeweils den einzelnen UW³-Sensoren (bzw. Sensorelementen) 9A, 9B bzw. 9C entsprechen. Die Länge der einzelnen Teilelektrode (24D(n)) bestimmt die Auflösung jeder einzelnen Messzelle. Üblicherweise liegt die Länge in einem Bereich von 2,54·10^–2 bis 15,24·10^–2 m (1 Zoll bis 6 Zoll).
Die Sensorzellen werden unterhalb der Siebbahn angeordnet, vorzugsweise vor der Trockenlinie, die auf einer Langsiebmaschine gewöhnlich eine sichtbare Demarkationslinie ist, die der Stelle entspricht, ab welcher der Faserstoff nicht mehr von einer glänzenden Wasserschicht überdeckt ist.
Ein Verfahren für den Aufbau der Sensorgruppe besteht darin, dass eine Entwässerungsleiste (Hydrofoil oder Foil) aus einer Anordnung von Entwässerungsleisten als Halterung für die Komponenten der Sensorgruppe verwendet wird. In einer bevorzugten Ausführungsform schließen die geerdeten Elektroden und Mittenelektroden jeweils flächig-bündig mit der Entwässerungsleiste ab.
Falls sich eine Gruppe 24 von Sensorzellen nach 3 aufgrund von Platzeinschränkungen im System nicht entlang der Längs- bzw. Querrichtung des Blattherstellungssystems anordnen lässt, so versteht sich, dass dann einzelne Sensorzellen entlang der Quer- bzw. Längsrichtung des Systems positioniert werden. Jede Zelle kann dann einzeln Leitfähigkeitsänderungen an ihrem jeweiligen Einbauort erfassen und diese zur Bestimmung der Flächenmasse verwenden. Wie in den 3 und 4b dargestellt, umfasst eine Einzelzelle mindestens eine geerdete Elektrode (entweder 24A(n) oder 24B(n) oder beide) und eine Mittenelektrode 24D(n).
Vorstehend wurden die Grundsätze, bevorzugten Ausführungsformen und Betriebsweisen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht so zu deuten, als sei sie auf die erörterten speziellen Ausführungsformen beschränkt. Die oben beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als einschränkend, sondern vielmehr als illustrierend zu betrachten, wobei davon auszugehen ist, dass der durchschnittliche Fachmann gegebenenfalls Änderungen an diesen Ausführungsformen vornimmt, ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung gemäß nachfolgender Ansprüche zu verlassen.

Claims

System zur Regelung des Querprofils des Stofftrockengewichts eines Materialblatts, das aus nassem Stoff auf einer Entwässerungsmaschine gebildet wird, die ein laufendes wasserdurchlässiges Sieb (43), das den nassen Stoff stützt, und eine Trockenpartie enthält, wobei dieses System folgendes beinhaltet: (a) einen Stoffauflauf (50) mit einer Vielzahl von Auslaufschlitzen, durch die der nasse Stoff auf das laufende Sieb aufgebracht wird; (b) eine Gruppe (90) von Wassergewicht-Sensorelementen, die unter und neben dem Sieb positioniert sind, wobei die Gruppe der Wassergewicht-Sensorelemente so angeordnet ist, dass sie sich quer zum Sieb erstreckt und erste Signale erzeugt, die ausgehend vom nassen Stoff auf dem Sieb ein Wassergewichtsquerprofil anzeigen, das aus einer Vielzahl von Wassergewichtsmessungen besteht, die an unterschiedlichen Standorten in Querrichtung durchgeführt werden; (c) einen zweiten Sensor (67, 68), der das Stofftrockengewicht des Materialblattes in der Trockenpartie misst. (d) Mittel zur Vorhersage des Stofftrockengewicht-Querprofils für ein auf dem Sieb befindliches Materialsegment durch Bestimmung des Wassergewicht-Querprofils des Segments und zur Erzeugung eines zweiten Signals, das das vorhergesagte Stofftrockengewicht-Querprofil anzeigt; und (e) Mittel zur Regelung des Stofftrockengewicht-Querprofils auf Grundlage dieses zweiten Signals.
System nach Anspruch 1, wobei der zweite Sensor (67) ein Abtastsensor ist, der Signale erzeugt, die ein Querprofil anzeigen, das eine Vielzahl von Stofftrockengewichtsmessungen in Querrichtung umfasst.
System nach Anspruch 1 mit einer Vielzahl von Stellelementen (63), die eine Vielzahl von Auslaufschlitzen ansteuern, wobei das System Mittel zur Aktivierung dieser Vielzahl von Stellelementen in Reaktion auf die genannten Signale enthält.
System nach Anspruch 1, wobei die Entwässerungsmaschine Vakuummittel (51A, 51B) für den Wasserabzug aus dem nassen Stoff vom Sieb beinhaltet und wobei das System Mittel zur Regulierung der Vakuummittel in Reaktion auf diese zweiten Signale enthält.
System nach Anspruch 1, wobei die Entwässerungsmaschine Trocknermittel (64) für den Wasserabzug aus dem vom Sieb kommenden teilweise entwässerten Blattmaterial beinhaltet und wobei das System Mittel zur Regulierung der Trocknermittel in Reaktion auf diese zweiten Signale enthält.
System nach Anspruch 1, wobei diese Gruppe (90) eine Sensoreinheit beinhaltet, die eine erste Elektrode (30) enthält sowie eine zweite Elektrode (31), die angrenzend und mit einem Zwischenraum zur ersten Elektrode angeordnet ist, wobei sich der nasse Stoff in unmittelbarer Nähe zwischen dieser ersten und zweiten Elektrode befindet, wobei diese Sensoreinheit zwischen einem Eingangssignal und einem Bezugspotential mit einem Impedanzelement in Reihe gekoppelt ist, und wobei Schwankungen mindestens einer Eigenschaft dieses nassen Stoffes zu Spannungsänderungen führen, die über diesen Sensor gemessen werden.
System nach Anspruch 6, wobei diese erste Elektrode (30) mit dem Impedanzelement gekoppelt ist und diese zweite Elektrode (31) mit dem Bezugspotential gekoppelt ist.
System nach Anspruch 7, wobei diese erste Elektrode (30) mit dem Eingangssignal gekoppelt ist und diese zweite Elektrode (31) mit dem Impedanzelement gekoppelt ist.
System nach Anspruch 7, wobei dieses Impedanzelement eine Vielzahl von Widerstandselementen beinhaltet und diese erste Elektrode (30) eine Vielzahl von elektrisch isolierten Teilelektroden beinhaltet, die jeweils mit einem Widerstandselement aus der Vielzahl von Widerstandselementen gekoppelt sind.
System nach Anspruch 8, wobei diese zweite Elektrode (31) einen Satz elektrisch isolierter Teilelektroden (32) beinhaltet und dieses Impedanzelement eine Vielzahl von Widerstandselementen beinhaltet, wobei diese erste Elektrode mit dem Eingangssignal gekoppelt ist und jede Teilelektrode aus diesem Satz von Teilelektroden mit einem Widerstandselement aus dieser Vielzahl von Widerstandselementen gekoppelt ist.
System nach Anspruch 7, ferner enthaltend eine dritte Elektrode, die mit dem Bezugspotential gekoppelt ist, wobei die erste Elektrode mit Zwischenraum angeordnet ist und sich zwischen der zweiten Elektrode und der dritten Elektrode befindet, wobei sich ein weiterer Abschnitt des Blattmaterials in unmittelbarer Nähe zu und zwischen der ersten und dritten Elektrode befindet.
System nach Anspruch 6, ferner beinhaltend Mittel zur Bereitstellung eines Rückkopplungssignals, durch das das Eingabesignal so einstellt wird, dass die genannten Schwankungen mindestens einer Eigenschaft auf Schwankungen mindestens einer einzelnen physikalischen Charakteristik des nassen Stoffes beruhen.
System nach Anspruch 12, wobei zu diesen physikalischen Eigenschaften die Dielektrizitätskonstante, die Leitfähigkeit und die Nähe des Nassstoff-Abschnitts zum Sensor gehören und wobei diese einzelne physikalische Charakteristik des nassen Stoffes das Gewicht, die chemische Zusammensetzung oder die Temperatur beinhaltet.
System nach Anspruch 6, wobei dieses Impedanzelement ein induktives Element und kapazitives Element jeweils mit zugehöriger Impedanz ist und dieses Eingangssignal eine zugehörige Frequenz besitzt und wobei diese zugehörige Impedanz des induktiven und kapazitiven Elements auf eine bestimmte Größenordnung gestellt werden kann, indem die zugehörige Frequenz auf eine gegebene Größenordnung eingestellt wird.
System nach Anspruch 14, wobei diese Sensoreinheit eine zugehörige Impedanz aufweist und diese zugehörige Frequenz so eingestellt wird, dass die Sensorimpedanz und die Impedanz des kapazitiven und induktiven Elements annähend gleich sind.
Verfahren zur Regelung des Stofftrockengewicht-Querprofils eines Materialblatts, das aus einen nassen Stoff in einem Prozess gebildet wird, der eine Entwässerungsmaschine verwendet, die einen Stoffauflauf (50) mit einer Vielzahl von Auslaufschlitzen, durch die nasser Stoff auf ein wasserdurchlässiges laufendes Sieb aufgebracht wird, und eine Trockenpartie enthält, wobei dieses Verfahren die folgenden Verfahrensschritte beinhaltet: (a) Positionierung einer Gruppe (90) von Wassergewicht-Sensorelementen unter und neben dem Sieb, wobei diese Gruppe rechtwinklig zum laufenden Sieb angeordnet ist; (b) Betrieb der Maschine und Messung der Wassergewichte des Materialblatts mit dieser Gruppe, wobei die Gruppe erste Signale erzeugt, die für den nassen Stoff auf dem Sieb ein Wassergewicht-Querprofil anzeigen, das aus einer Vielzahl von Wassergewichtsmessungen besteht, die an unterschiedlichen Standorten in Querrichtung vorgenommen werden; (c) Positionierung eines zweiten Sensors (67, 68) an der Trockenpartie zur Messung des Stofftrockengewicht-Querprofils des ausgebildeten Materialblatts; (d) Vorhersage des Stofftrockengewicht-Querprofils für ein auf dem Sieb befindliches Materialblatt anhand des Wassergewicht-Querprofils für dieses Materialblatt und Erzeugung zweiter Signale, die das vorhergesagte Stofftrockengewicht-Querprofil anzeigen; und (e) Regelung des Stofftrockengewicht-Querprofils auf Grundlage dieser zweiten Signale.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der zweite Sensor (67) ein Abtastsensor ist.
Verfahren nach Anspruch 16, ferner beinhaltend den Schritt f) der Anwendung von Messwerten dieser Gruppe in einem Rückkopplungsmechanismus zur Steuerung von wenigstens einem Prozessparameter für die Regulierung des Wassergewichts des nassen Stoffes in Querrichtung auf dem Sieb.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Entwässerungsmaschine einen Stoffauflauf (50) mit Stellgliedern (52) beinhaltet, die den Auslauf von nassem Stoff durch eine Vielzahl von Auslaufschlitzen steuern, und wobei der Rückkopplungsmechanismus den Auslauf des nassen Stoffs durch die Auslaufschlitze steuert.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei diese Gruppe (90) eine Sensoreinheit beinhaltet, die eine erste Elektrode enthält sowie eine zweite Elektrode, die angrenzend und mit Zwischenraum zur ersten Elektrode angeordnet ist, wobei der nasse Stoff sich in unmittelbarer Nähe zwischen der ersten und zweiten Elektrode befindet, wobei dieser Sensor zwischen einem Eingangssignal und einem Bezugspotential mit dem Impedanzelement in Reihe gekoppelt ist und wobei Schwankungen mindestens einer der Eigenschaften des nassen Stoffes zu Spannungsänderungen führen, die über diesen Sensor gemessen werden.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei diese erste Elektrode mit dem Impedanzelement gekoppelt ist und diese zweite Elektrode mit dem Bezugspotential gekoppelt ist.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Verfahrensschritt (e) die doppelte digitale Filterung der Wassergewichtsmessungen beinhaltet.