Verfahren und Vorrichtung zur kon inuierlichen Messung der Porosität

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuier¬ lichen Messung der Porosität einer sich bewegenden Bahn aus porösem Material, bei dem die Bahn über einen Meßkopf bewegt wird, diese Bahn zusammen mit dem Meßkopf eine seitlich abgedichtete Meßkammer bil¬ det, nnerhalb dieser eßkammer e n Unterdruck er¬ zeugt ird, dieser Unterdruck laufend gemessen und auf einen bestimmten konstanten Wert geregelt wird, infolge des Unterdrucks Luft durch die poröse Bahn in die Meßkammer strömt und aus dieser abgesaugt wird, die Menge der durch d e Meßkammer strömenden Luft gemessen, und aus diesem Meßwert die Porosität der bewegten Bahn laufend rechner sch ermittelt wi rd. An¬ stelle der Regelung des in der Meßkammer herrschenden Unterdrucks auf einen bestimmten konstanten Wert und der essung der durch die Meßkammer strömenden Luft kann alternativ auch d e Menge der durchströmenden Luft auf einen bestimmten konstanten Wert geregelt und der sich dabei einstellende Unterdruck in der

Meßkammer laufend gemessen werden, um daraus die Po¬ rosität zu ermitteln.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Meßverfahrens, mit einem Meßkopf, über den die Bahn bewegt wird, einer von der bewegten Bahn und dem Meßkopf gemeinsam gebildeten, luftdich¬ ten Meßkammer, einer Einrichtung zur Erzeugung eines Unterdni-cks innerhalb dieser Meßkammer, einen der Meßkamme-r zugeordneten Meßgeber zur laufenden Messung des Unterdrucks, einer an d esen Meßgeber angeschlos¬ senen Regelungseinrichtung zur Regelung des Unter¬ drucks auf einen bestimmten konstanten Wert, einer Meßeinrichtung zur Messung der durch die poröse Bahn und die Meßkammer strömenden Luftmenge und einer elektron schen, mit dieser Meße nrichtung verbundenen Auswerteinrichtung zur laufenden rechnerischen Er¬ mittlung der Porosität der bewegten Bahn aus der ge¬ messenen Luftmenge. Entsprechend dem alternativen Meßverfahren kann anstelle des Meßgebers zur Messung- des Unterdrucks auch e ne Meßeinrichtung zur laufen¬ den Messung der durch die poröse Bahn und die Meßkam¬ mer strömenden Luftmenge vorgesehen sein, wobei eine entsprechende Regelungseinrichtung d e strömende Luftmenge auf einen bestimmten konstanten Wert re¬ gelt, und anstelle der Meßeinrichtung zur Messung der durch die poröse Bahn und die Meßkammer strömenden Luftmenge ein in der Meßkammer angeordneter Meßgeber zur laufenden Messung des dort herrschenden Unter- drucks vorhanden ist, so daß dann der laufend gemes¬ sene Unterdruck als Maß für die Poros ät dient.

Die laufende Messung der Porosität einer sich bewe¬ genden Bahn ist insbesondere bei der Herstellung von Fi lterpapieren, Faservließen und anderen porösen Gewebematerialien von großer Bedeutung, wenn noch während des laufenden Herstellungsprozesses eine

One-Li ne-Qua l i tatskont ro l le erfolgen soll oder be¬ stimmte He rste l lungspa rameter, wie beispielsweise der Zerkleinerungsgrad oder das Mischungsverhältnis des Rohmaterials, mittels einer Prozeßregelung laufend in Abhängigkeit der gemessenen Porosität verändert wer¬ den sollen. Die auf ihre Porosität hin zu überwachen¬ de Bahn bewegt sich dabei mit relativ hoher Geschwin¬ digke t über die Meßstelle. Da die poröse Bahn selbst einen Tei l der Meßkammer bi ldet, in der entweder der herrschende Unterdruck oder die durch sie hindurch¬ strömende Luftmenge konstant gehalten werden soll, muß eine seitliche Abdichtung zwischen dem oberen Rand der Meßkammer und der darübergleitenden Bahn er¬ folgen. Dies gelingt nur bis zu einem gewissen Grad, so daß die durch Nebenluft bedingten Meßungenauigkei- ten durch andere Maßnahmen ausgeglichen werden müssen,

Durch die US-PS 4 311 037 ist eine Vorrichtung zur Messung der Porosität der eingangs erwähnten Art be- kannt geworden, bei welcher der in der Meßkammer herrschende Unterdrück bzw. der Volumenstrom der durch die poröse Bahn und die Meßkammer strömenden Luft ittels einer Kontrolleinrichtung, welche ein elektromotor sch angetriebenes Unterdruckgebläse an- steuert, auf einen bestimmten konstanten Wert regelt, Es hat sich jedoch gezeigt, daß eine derartige ein¬ fache Regelung nicht in der Lage ist, die schnellen

Schwankungen des in der eßkammer herrschenden Unter¬ drucks bzw. der durch sie h ndurchströmenden Luftmen¬ ge so auszugleichen, daß die für eine hinreichend genaue Porositätsmessung erforderliche Randbedingung, nämlich entweder den Unterdruck oder die strömende Luftmenge konstant zu halten, als erfüllt angesehen werden kann. Die Folge sind Meßfehler in einer Grö¬ ßenordnung, die bei hohen Anforderungen an die Genau¬ igkeit d.er Porositätsmessung nicht mehr toleriert werden- können, überdies werden bei der bekannten Me߬ vorrichtung Schwankungen von Qualitätsparametern der porösen Bahn so e der Bahngeschwindigkeit nicht be¬ rücksichtigt, was sich in zusätzlichen Meßfehlern n edersch lägt .

Es ist daher Aufgabe vorliegender Erfindung, ein Ver¬ fahren zur kontinuierl chen Messung der Porosität einer sich bewegenden Bahn sowie eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung des Meßverfahrens vorzu- schlagen, bei denen die geschi lderten Nachtei le nicht auftreten und sich insbesondere durch eine erhöhte Meßgenauigkeit auszeichnen.

Bei der Lösung dieser Aufgabe wird von einem Verfah- ren bzw. einer Vorr chtung der eingangs erwähnten Art ausgegangen und gelöst wird die Aufgabe durch die in den kennzeichnenden Tei len der Patentansprüche 1 und 2, bzw. 7 und 8 aufgeführten Merkmale.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der in der Meßkammer herrschende Unterdruck bzw. die durch die Meßkammer strömende Luftmenge mittels einer Regelein-

richtung möglichst konstant gehalten, die dabei un¬ vermeidbar auftretenden Regelabweichungen werden je¬ doch bewußt in Kauf genommen und bei der Er ittlung der Porosit t aus den gemessenen Werten rechnerisch berücksichtigt. Arbeitet das Verfahren beispielsweise bei konstantem Unterdruck in der eßkammer und dient die enge der durch die Meßkammer strömenden Luft als Grundlage für die Ermittlung der Porosität der Bahn, so wird zusätzlich der momentan herrschende Unter- druck gemessen und geht dessen zeitlicher Verlauf in Form einer Korrekturfunktion in die Berechnung der Porosität mit ein. Dies hat den großen Vorteil, daß die Regelung des Unterdrucks auf einen konstanten Wert nur so genau sein muß, wie es mit einem wirt- schaftlich vertretbaren Aufwand möglich ist, die er¬ zielte Meßgenauigkeit jedoch trotzdem wesentlich höher ist, als dies bei herkömmlichen Meßverfahren ohne zusätzliche Berücksichtigung der zeitlichen Schwankungen des Unterdrucks de.r Fall ist., Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist auch dann noch eine genaue Porositätsmessung möglich, wenn Regelabwei¬ chungen bis zu etwa 50 Prozent zugelassen werden.

Auch bei de erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durch- führung der kontinuierlichen Porosi ätsmessung wird die wesentliche Verbesserung der Meßgenauigkeit mit relativ einfachen technischen Mitteln erzielt: Es muß lediglich ein zusätzlicher eßgeber zur laufenden Messung des Unterdrucks der Meßkammer zugeordnet wer- den, der direkt mit der Auswerteinr chtung zur rech¬ nerischen Ermittlung der Porosität der bewegten Bahn aus der ebenfalls gemessenen Luftmenge verbunden ist,

so daß der ze tliche Verlauf des Unterdrucks bei der Porositätser ittlung berücksichtigt werden kann. Ar¬ beitet die Meßvorrichtung mit konstanter Luftmenge anstelle konstanten Unterdrucks, so muß eine zus tz¬ liche Meßeinrichtung zur laufenden Messung der durch die poröse Bahn und die Meßkammer strömenden Luftmen¬ ge vorgesehen und direkt mit der Auswerteinrichtung verbunden sein, so daß der zeitliche Verlauf der strömenden Luftmenge berücksichtigt werden kann.

Zweckmäßigerweise erfolgt die Messung der durch die Meßkammer strömenden Luftmenge über eine Volumen¬ strommessung oder eine Messung des Massens roms. Bei der entsprechenden Vorrichtung ist dann eine Volumen¬ strom- oder Massenstrom-Meßeinrichtung vorgesehen. Derartige Meßeinr chtungen stehen als elektrisches Anemometer oder thermischer Massendurchf lußmesser zur Verfügung.

Die Genauigkeit der Porositätsmessung kann noch wei¬ ter geste gert werden, wenn zusätzlich Qualitätspara¬ meter der Bahn gemessen und bei der rechnerischen Er¬ mittlung der Porosität ebenfalls berücksichtigt wer¬ den. Solche, die Porosität beeinflussende Qualitäts- Parameter sind be spielsweise Flächenmasse, Feuchte, Dicke sowie spezifisches Volumen des porösen Bahnma¬ terials. Sollen diese Paramter mit berücksichtigt werden, sind zusätzliche Meßseπsoren an der Meßvor¬ richtung erforderlich, welche mit der Auswerteinrich- tung verbunden sind.

Schwankungen der Relativgeschwindigkeit z ischen be¬ wegter Bahn und eßkopf können ebenfalls Ursache von eßfehlern sein. Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird deshalb zusätzlich auch die Geschwin¬ digkeit der bewegten Bahn von einer Geschwindig¬ keits-Meßeinrichtung erfaßt und der Auswe rte i nri ch- tung zugeführt, um bei der rechnerischen Ermittlung der Porosität in Form eines zeitabhängigen Korrektur¬ faktors berücksichtigt zu werden.

Bei einer besonders vortei lhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung kommt ein Mikrorech¬ ner als Auswerteinrichtung zum Einsatz. Ein solcher handelsüblicher Mikrorechner ist in der Lage, die bei der rechnerischen Ermittlung der Porosität aus den verschiedenen erfaßten Meßgrößen notwendigen komple¬ xen Berechnungen so schnell vorzunehmen, daß die Porosität auch von mit hoher Geschwindigke t am Me߬ kopf vorbeibewegten Bahnen ohne zeitliche Verzögerung ermittelt wird. Die bei herkömmlichen Verfahren in¬ folge der zeitbehafteten Regelung des in der Meßkam¬ mer herrschenden Unterdrucks, bzw. der durch sie strömenden Luftmenge, auftretende zeitliche Verschie¬ bung zwischen Porositätsänderung und Anzeige wird bei vorliegender Erfindung durch die zeitechte Erfassung von Regelungsungenauigkeiten und ihre sofortige Be¬ rücksichtigung bei der Berechnung der Porosität ver¬ mieden. Es steht somit erstmals ein echtes One-Line- eßsignal für die Bahnporösität zur Verfügung, was das erfindungsge äße Verfahren bzw. Vorrichtung be¬ sonders für den Einsatz innerhalb einer Prozeßrege¬ lung bei der Bahnherstellung prädestiniert. Die Er-

f ndung bietet jedoch gleichermaßen Vortei le bei der schnellen Detektion von eventuell vorhandenen Löchern im Bahnmaterial, der Erfassung der lokalen Vertei lung der Porosität (sogenannte "Wolkigkeit" des Materials) sowie der Erkennung von Verschmutzungen in bzw. auf der Bahn .

Bei e-iner weiteren, vorteilhaften Ausbildung der Erf mi ng; fst die Regelungseinrichtung für die Ein- ha It-urrgr e_τnes konstanten Unterdrucks in der Meßkammer bzw. einer konstanten, durch sie hindurchfließenden Luftmenge in den die Auswertei nri chtung darstellenden Mikrorechner integriert. Hierdurch wird die Rege- lungsggenau gkeit verbessert und der Aufbau der Meß- Vorrichtung gleichzeitig vereinfacht.

Zur Vermeidung von Verschmutzungen der empfindl chen Meßsysteme-kann ein Filter zwischen der Meßkammer und der Meßeinrichtung zur Messung der strömenden Luft- menge vorgesehen sein.

Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens werden nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft er- läutert.. Es zeigen:

Fig. eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung der Poros t t gemäß der Erfindung, wobei der in der Meßkammer des Meßkopfes herrschende Unterdruck konstant gehalten und der Volumenstrom sowie die

Temperatur und der absolute Druck der durch die Me߬ kammer strömenden Luft gemessen und daraus die Poro¬ s tät laufend er ittelt wird, in einem Prinzipbi ld;

Fig. 2 im wesentlichen die Vorrichtung gemäß Fig. 1, wobei jedoch anstelle des Volumenstroms, der Temperatur und des absoluten Drucks der Massenstrom der durch die Meßkammer strömenden Luft gemessen und hieraus die Porosität ermittelt w rd, ebenfalls in einem Prinzipbild.

Die in ig. 1 dargestellte poröse Bahn 1 wird über e-inen Meßkopf 2 bewegt. Die Oberseite dieses Meßkop- fes 2 wird von einer Meßplatte 3 gebildet, in welcher eine Anzahl von Meßöffnungen vorgesehen sind. Die be¬ wegte Bahn 1 wird auf den Rand der Meßplatte 3 mit¬ tels einer nicht dargestellten Ansaugvorrichtung an¬ gesaugt, so daß der Meßkopf 2 gemeinsam mit der Bahn 1 eine seitlich abgedichtete Meßkammer bildet. Ein elektromotor sch angetriebenes Sauggebläse 5 erzeugt einen Unterdruck innerhalb der Meßkammer 4. Infolge dieses Unterdrucks strömt Luft durch die poröse Bahn 1 hindurch in die MeßkTammer 4 ein und wird über einen Meßkanal 6 aus ihr abgesaugt. Der in der Meßkammer 4 herrschende Unterdruck wird laufend von einem Meßge¬ ber 7 gemessen, welcher mit einem Mikrorechner 8 ver¬ bunden ist. Innerhalb des Meßkanals 6 sind weitere Meßgeber zur Erfassung des absoluten Drucks der strö- menden Luft 9 und deren Temperatur 10 vorgesehen. Die Menge der durch die Meßkammer 4 und den Meßkanal 6 strömenden Luft wird mittels einer Volumenstrom- Meßeinrichtung 11 gemessen. Die Meßgeber 8 und 9 so¬ w e die Volumenstrom-Meßeinrichtung 11 sind ebenfalls an den Mikrorechner 8 angeschlossen.

Der Meßgeber 7 für den Unterdruck, der Mikrorechner 8 und der von letzterem angesteuerte Elektromotor des Sauggebläses 5 bilden einen Regelkreis, mit dessen Hilfe der in der eßkammer 4 herrschende Unterdruck möglichst konstant gehalten wird. Aus den von den Meßgebern 9 und 10 gemessenen Werten für den absolu¬ ten Druck und die Temperatur der durch den Meßkanal 6 ge.-Le-it.eten Luft sowie dem von der Meßeinrichtung 11 g-e-l-i-eFe-rten, deren Volumenstrom propor ionalem Meßsi- grraϊl. errechnet der Mikrorechner 8 laufend die Porosi¬ tät der über den Meßkopf 2 gleitenden Bahn 1. Die auf diese We se gemessene Porosität wird auf einem Anzei¬ gegerät 12 angezeigt. Zur Kontrolle der lokalen Schwankungen der Porosität entlang der Bahn 1 wird der kontinuierlich gemessene Porositätswert zudem von einem Meßschreiber 13 aufgeze chnet.

Der Mikrorechner 8 verwendet das vom Meßgeber 7 ge¬ lieferte Meßsignal für den in der Meßkammer 4 herr- sehenden Unterdruck nicht nur zur Regelung desselben auf einen bestimmten konstanten Wert, sondern gleicht die trotz Regelung unvermeidlich auftretenden Regel¬ abweichungen durch zusätzliche Berücksichtigung des zeitlichen Verlaufs des Unterdrucks bei der rechneri- schtn Ermittlung der Porosität aus. Der Mi rorechner 8 erfüllt hier also Doppelfunktion: Er ist sowohl Auswerte i nri chtung zur Ermittlung der Porosität als auch Regeleinrichtung zum Konstanthalten des in der Meßkammer 4 herrschenden Unterdrucks.

Es sind zusätzliche Meßgeber 14, 15 zur Messung der Feuchte und des spezifischen Volumens der bewegten

Bahn 1 vorgesehen, welche ebenfalls mit dem Mikro¬ rechner 8 elektrisch verbunden sind. Zusätzlich an¬ geschlossen ^' ist ein Geschwindigkeitsmesser 16 zur Erfassung der momentanen Geschw ndigkeit der über den Meßkopf 2 bewegten Bahn 1. Diese zusätzlichen Meßwei— te werden ebenfalls vom ikrorechner 8 in Form von entsprechenden Korrekturfaktoren in die rechnerische Ermittlung der Porosität einbezogen. Zum Schutz der empfindlichen Meßsysteme ist im Meßkanal 6 ein Fi l¬ ter 18 vorgesehen.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Anordnung zum Messen der Porosität der bewegten Bahn 1 kommt anstelle der Meßgeber 9 und 10 für den absoluten Druck bzw. die Temperatur sowie der Volumenstrom-Meßeinrichtung 11 ein thermischer Massendurchflußmesser 17 zum Einsatz, mit welchem die durch die poröse Bahn 1 angesaugte und durch die Meßkammer 4 strömende Luftmenge gemes¬ sen wird. Dabei ^, wird wiederum der in der Meßkammer 4 herrschende Unterdruck möglichst konstant gehalten. Der gemessene Massenstrom der strömenden Luft dient als Maß für die Porosität, welche vom Mikrorechner 8 rechnerisch ermittelt wird, wobei die trotz der Re¬ gelung verbleibenden Druckschwankungen in Form eines K ^' σrrekturfaktors, der eine zeitliche Funktion des ge¬ messenen Unterdrucks ist, rechnerisch ausgeglichen werden.

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Verzeichnis der verwendeten Bezugsziffern

1 Bahn

2 Meßkopf

3 Meßplatte

4 Meßkamme r

5 Sauggebläse

6 Meßkanal

7 Meßgeber (für Unterdruck)

8 Mikrorechner

9 Meßgeber (für Absolutdruc )

10 Meßgeber (für Lufttemperatur)

11 Volumenstrom- eßeinrichtung

12 Anzeigegerät (für Porosität)

13 Meßsch reiber

14 Meßgeber (für spezifisches Volumen ⁾

15 Meßgeber ⁽ für Feuchte)

16 Geschwindigkeitsmesser

17 Massendurchflußmesser

18 Fi Iter