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Dokumentenidentifikation DE102005062953A1 05.07.2007
Titel Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Formkörpern, insbesondere Platten, aus Lignocellulose haltigen Fasern mit Faseranalyse
Anmelder Glunz AG, 49716 Meppen, DE
Erfinder Stahl, Wolfgang, Dr., 49716 Meppen, DE;
Kolb, Alexander, 56459 Guckheim, DE
Vertreter Rehberg Hüppe + Partner, 37073 Göttingen
DE-Anmeldedatum 29.12.2005
DE-Aktenzeichen 102005062953
Offenlegungstag 05.07.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 05.07.2007
IPC-Hauptklasse B27N 3/04(2006.01)A, F, I, 20051229, B, H, DE
Zusammenfassung Bei der Herstellung von Formkörpern, insbesondere Platten aus Lignocellulose-haltigen Fasern (5), bei der die Fasern (5) aus einem Ausgangsmaterial (3) feucht aufgeschlossen werden und mit einem Gasstrom durch ein Blasrohr (4) gefördert werden, bevor sie getrocknet werden, werden die Fasern (5) in dem Blasrohr (4) mit einer Kamera (9) beobachtet, um die Faserqualität der aufgeschlossenen Fasern (5) fortlaufend zu analysieren.

Beschreibung[de]
TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern, insbesondere Platten, aus Lignocellulose haltigen Fasern mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung von Formkörpern, insbesondere Platten, aus Lignocellulose haltigen Fasern mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 7.

Bei den Formkörpern, die aus den Lignocellulose haltigen Fasern hergestellt werden, handelt es sich insbesondere um mitteldichte Faserplatten (MDF).

STAND DER TECHNIK

Bei der Herstellung von MDF werden zum Beispiel Holzhackschnitzel feucht zerfasert, wobei am Ende dieses Prozesses eine Druckentspannung steht, um die Fasern zu vereinzeln. Mit dem bei der Druckentspannung frei werdenden Wasserdampf wenn die vereinzelten Holzhackschnitzel durch ein Blasrohr gefördert, durch das sie zu einem Trockner gelangen. In dem Blasrohr kann auch die Beleimung der Fasern durch Aufsprühen von Bindemittel erfolgen. Nach der Einstellung der gewünschten Feuchtigkeit der Fasern in dem Trockner werden die Fasern zu einer Fasermatte geformt und anschließend unter Einwirkung von erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur zu den gewünschten Platten ausgeformt, wobei das Bindemittel aushärtet.

Die Qualität der derart hergestellten MDF hängt wesentlich von der Faserqualität, d. h. der Form und dem Vereinzelungsgrad der Fasern, ab. Die Kontrolle der Faserqualität erfolgt bei der MDF-Herstellung häufig nur durch eine subjektive visuelle Beurteilung von Fasern, die dem Herstellungsprozess vor dem Formen der Fasermatte entnommen werden. Um diese Faser nicht nur subjektiv sondern auch objektiv zu beurteilen, sind Faseranalysegeräte mit einer Kamera und einer Bildverarbeitungseinrichtung für ein Ausgangssignal der Kamera bekannt. Die derart gewonnenen Messergebnisse sind jedoch für die Auswirkungen der Faserqualität auf die aus den Fasern hergestellten MDF wenig aussagekräftig, was auch darauf zurückzuführen sein mag, dass die analysierten Fasern nur eine minimale Stichprobe in Bezug auf das gesamte Faservolumen darstellen. Zudem stehen die Ergebnisse der Faseranalyse in Bezug auf die Herstellung der MDF aus den Fasern, für die die analysierten Fasern repräsentativ sein sollen, sehr spät zur Verfügung, so dass beispielsweise keine Anpassung des MDF-Herstellungsprozesses mehr erfolgen kann, um festgestellte unterschiedliche Faserqualitäten zu kompensieren.

Aus der Nassfaserindustrie und Papierindustrie ist ein Faserprobennehmer bekannt, bei dem über ein pneumatisches Ventil eine Faserprobe aus dem dortigen Faserstrom in Form einer flüssigen Suspension genommen und dann mit einer Kamera und einer der Kamera nachgeschalteten Bildverarbeitungseinrichtung analysiert wird. Der große Nachteil dieser bekannten Vorrichtung ist ihre Verstopfungsgefahr. Zudem ist auch hier die gezogene Fasermenge sehr klein und damit wenig repräsentativ. Vorteilhaft ist die Möglichkeit relativ früh Informationen über die Faserqualität zu gewinnen. Eine einfache Übertragung dieses Konzepts auf die Herstellung von Formkörpern, insbesondere Platten, aus Lignocellulose haltigen Fasern im Sinne der vorliegenden Erfindung, insbesondere die Herstellung von MDF, erscheint jedoch nicht möglich.

AUFGABE DER ERFINDUNG

Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Formkörpern, insbesondere Platten aus Lignocellulose haltigen Fasern, aufzuzeigen, bei denen es aufgrund der Analyse der Faserqualität möglich ist, frühzeitig in den Aufschluss der Fasern oder deren Weiterverarbeitung einzugreifen, um die Qualität der Formkörper und/oder den dafür notwendigen Einsatz an Bindemittel und Energie zu optimieren.

LÖSUNG

Die Erfindung wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 7 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen des neuen Verfahrens und der neuen Vorrichtung sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Bei dem neuen Verfahren werden die Fasern in dem Blasrohr mit einer Kamera beobachtet, um die Faserqualität der aufgeschlossenen Fasern fortlaufend zu analysieren. Die Analyse der Faserqualität erfolgt damit ständig, d. h. ununterbrochen oder jedenfalls in so kurzen Abständen, dass ein wesentlicher Teil der Fasern, der für den Rest der Fasern repräsentativ ist, in die Analyse der Fasern eingeht. In Bezug auf den Querschnitt des Blasrohrs, über den die Fasern mit der Kamera beobachtet werden, kann das Sichtfeld der Kamera den gesamten Querschnitt abdecken, obwohl dies nicht zwingend ist. Wieder gilt hier das Kriterium, dass die Kamera die Fasern so beobachtet, dass ein wesentlicher Teil der Fasern in die Analyse der Faserqualität eingeht. Trotz der sehr hohen Geschwindigkeit der Fasern in dem Blasrohr ist überraschender Weise mit einer Kamera, die entsprechend kurze Belichtungszeiten ermöglicht, die direkte Beobachtung der Fasern in dem Blasrohr so möglich, dass hieraus erhebliche Parameter in Bezug auf die Faserqualität abgeleitet werden können. Zum Beispiel sind in den Bildern der Kamera sehr leicht so genannte Splitter, d. h. noch nicht vollständig aufgeschlossene Faserverbunde, zu erkennen, die die Qualität der aus Ihnen hergestellten Formkörper beeinträchtigen. Es können auch noch darüber hinaus gehende genauere Aussagen über die Faserqualität getroffen werden. Diese Aussagen sind so früh möglich, dass eine entsprechende Regelung des Faseraufschlusses nur sehr wenig Fasern mit unerwünschter Qualität anfallen lässt und in jedem Fall eine Steuerung der nachgeschalteten Weiterverarbeitung der Fasern so erfolgen kann, dass sich etwaige negative Auswirkungen der Faserqualität in Grenzen halten lassen. Für eine Beobachtung mit dem Auge sind die Fasern in dem Blasrohr hingegen viel zu schnell. Mit dem Auge kann nur eine künstlich verzögerte Folge von Bildern der Kamera betrachtet werden, wenn die beobachteten Fasern scharf gesehen werden sollen. Bei dem neuen Verfahren ist es jedoch bevorzugt, wenn ein Ausgangssignal allenfalls zusätzlich für eine visuelle Faseranalyse auf einem Bildschirm dargestellt wird.

Bevorzugt ist es, wenn das Ausgangssignal der Kamera einer automatischen Bildverarbeitung zugeführt wird, die die Faserqualität fortlaufend analysiert.

Wenn bei dem neuen Verfahren beispielsweise so genannte Splitter festgestellt werden, kann der dem Blasrohr vorgeschaltete Aufschlussprozess so nachgefahren werden, dass solche Splitter vermieden werden. Der Erfolg dieser Maßnahme wird durch die erfindungsgemäße Beobachtung der Fasern im Blasrohr kurzfristig erfasst. Es liegt damit eine geschlossene Regelschleife für den Aufschluss der Fasern vor. In Bezug auf die nachgeschaltete Verarbeitung der Fasern können die durch die Beobachtung der Fasern in dem Blasrohr gewonnenen Angaben zur Faserqualität genutzt werden, um die Beleimung und das Trocknen der Fasern sowie das Ausbilden der Fasermatte und das Ausformen der Fasermatte zu den gewünschten Formkörpern in Abhängigkeit von der festgestellten Faserqualität zu optimieren. Dabei sind auch erhebliche Energieeinsparungen und Einsparungen an Bindemittel gegenüber einem Verfahren möglich, bei dem die gewünschte Qualität des Endprodukts ohne Kenntnis der aktuellen Faserqualität eingehalten wird, indem Sicherheitszuschläge gemacht werden. So kann die eingesetzte Bindemittelmenge minimiert werden, wenn die Fasern ideal vereinzelt sind, ohne dass dies negative Auswirkungen auf das Produkt hat.

Wenn die Fasern bei dem neuen Verfahren in dem Blasrohr beleimt werden, geschieht dies nach dem Beobachten der Faser mit der Kamera, damit das Blickfeld der Kamera auf die Fasern nicht durch Bindemittelablagerungen beeinträchtigt wird.

Vorzugsweise werden die Fasern in dem Blasrohr mit der Kamera durch ein Fenster in dem Blasrohr beobachtet. Das Fenster ist damit zwischen den Fasern und der Kamera angeordnet und schützt die Kamera vor den Bedingungen in dem Blasrohr. Es ist aber nicht so, dass ein solches Fenster binnen kurzer Zeiträume aufgrund der vorbeiströmenden Fasern erblindet. Bei geeigneter Materialauswahl für das Fenster und geeigneter Anordnung des Fensters, so dass dieses nicht direkt von den Fasern angeströmt wird, sind wirtschaftliche Standzeiten des Fensters ohne weiteres zu erreichen.

Bei dem neuen Verfahren sind sehr kurze Belichtungszeiten der Kamera erforderlich, um die sich schnell bewegenden Fasern scharf abzubilden. Dies erfordert relativ hohe Lichtintensitäten, mit denen die Fasern beleuchtet werden müssen. Eine solche Beleuchtung erfolgt typischerweise durch dasselbe Fenster, durch das die Fasern mit der Kamera beobachtet werden, oder auch durch ein anderes Fenster. Dabei können die Fasern kontinuierlich beleuchtet werden. Dann muss die kurze Verschlusszeit beim Abbilden der Faser durch einen Verschluss der Kamera realisiert werden. Alternativ können die Fasern in dem Blasrohr mit einer gepulsten Lichtquelle kurzzeitig beleuchtet werden, um auf dieses Weise die notwendige kurze Belichtungszeit zu realisieren. Eine hierfür geeignete Lichtquelle kann einen gepulsten Laser aufweisen.

Das Fenster der neuen Vorrichtung kann zylindermantelabschnittförmig sein und einen kurzen Abschnitt der umlaufenden Wandung des Blasrohrs ausbilden. Das Fenster kann aber auch so ausgebildet sein, dass es zur Reinigung oder zum Ersatz ohne größere Manipulationen an dem Blasrohr, möglicherweise sogar während des Betriebs der Vorrichtung, beispielsweise durch Verschieben oder Verdrehen einer größeren Scheibe, ausgewechselt werden kann.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibungseinleitung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Weitere Merkmale sind den Zeichnungen – insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung – zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezug auf die beigefügte Figur näher erläutert und beschrieben.

1 zeigt schematischen den für die Erfindung wesentlichen Teil einer Vorrichtung zur Herstellung von MDF.

FIGURENBESCHREIBUNG

1 skizziert einen für die vorliegende Erfindung wesentlichen Teil einer Vorrichtung 1 zur Herstellung von mitteldichten Faserplatten (= MDF). In einer Aufschlusseinrichtung 2, die häufig einen so genannten Refiner aufweist, wird ein Ausgangsmaterial 3, das Lignocellulose haltige Fasern aufweist, unter Anwesenheit von Wasser, d. h. feucht, in die einzelnen Fasern aufgeschlossen. Am Ende des Aufschlusses werden die Fasern durch eine Druckentspannung eines zuvor aufgebauten Drucks vereinzelt und treten in einem Gasstrom, der im Wesentlichen aus verdampftem Wasser besteht, in ein Blasrohr 4 über. In dem Blasrohr 4 werden die Fasern 5, bevor sie in einen Trockner 6 eintreten, in einer Beleimungsstation 7 mit Bindemittel 8 besprüht. An den Trockner 6 schließt sich die Abtrennung der Fasern von dem Gasstrom, die Formung einer Fasermatte aus den Fasern und dann das Ausformen der gewünschten Platten unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur sowie unter Aushärtung des Bindemittels 8 an. Die Qualität der erhaltenen MDF hängt dabei von der Faserqualität der Fasern 5 ab. Um diese zu erfassen, werden die Fasern 5 in dem Blasrohr 4 mit einer Kamera 9 durch ein Fenster 10 in dem Blasrohr 4 beobachtet. Das Fenster 10 ist hier als Zylindermantelabschnitt 11 aus Glas ausgebildet. Durch das Fenster 10 hindurch erfolgt auch eine Beleuchtung der Fasern 5 mit einer außerhalb des Blasrohrs 4 angeordneten Lichtquelle 12. Die Kamera 9 ist eine an die Strömungsgeschwindigkeit der Fasern 5 durch das Blasrohr 4 angepasste Hochgeschwindigkeitskamera, die entweder einen extrem schnellen Verschluss aufweist oder mit einer gepulsten Lichtquelle 12 synchronisiert ist. Ein Ausgangssignal 13 der Kamera 9 kann über einen Framegrabber 14 auf einem Bildschirm 15 dargestellt werden. Vornehmlich ist aber keine visuelle Analyse der Faserqualität der Fasern 5 vorgesehen, sondern eine automatische Ermittlung der Faserqualität in einer Bildverarbeitungseinrichtung 16. Die Bildverarbeitungseinrichtung 16 stellt beispielsweise das Vorliegen und die Anzahl so genannter Splitter bei den Fasern fest und gibt dieses und andere Qualitätskriterien 17 an eine Steuer- und Regeleinrichtung 18 weiter. Die Steuer- und Regeleinrichtung 18 regelt beispielsweise in Abhängigkeit von den Qualitätskriterien 17 mit einem Regelsignal 19 die Aufschlusseinrichtung 2, um eine gewünschte Faserqualität der Fasern 5 einzuhalten. Alternativ oder zusätzlich steuert sie über ein Steuersignal 20 den Trockner 6 oder weitere nachgeschaltete Einrichtungen, die zur Verarbeitung der Fasern 5 vorgesehen sind, um diese in Abhängigkeit von der aktuellen Qualität der Fasern 5 mit optimaler Einstellung zu fahren. So kann bei den hergestellten MDF mit nach den Umständen minimalem Einsatz an Energie und Bindemittel eine gewünschte Produktqualität zuverlässig eingehalten werden. Auch der Ausstoß der Vorrichtung 1 kann auf dieses Weise unter Berücksichtigung der für die Qualität der MDF notwendigen Faserqualität der Fasern 5 maximiert werden. Einstellungen der Aufschlusseinrichtung 2, auf die das Regelsignal 19 einwirken kann, sind beispielsweise der Mahlplattenabstand des Refiners, die Temperatur und/oder die Verweildauer in einem dem Refiner vorgeschalteten Kocher. Neben dem Trockner kann das Steuersignal 20 nicht nur diesem nachgeschaltete Einrichtungen sondern auch die Beleimungsstation 7 und dort konkret die relative Menge des eingesetzten Bindemittels 8 einstellen. Die zur Analyse der Faserqualität der Fasern 5 notwendige Bildverarbeitung in der Bildverarbeitungseinrichtung 16 geht nicht über die Fachkenntnisse eines Fachmanns auf dem Gebiet der Bildverarbeitung hinaus. Überdies arbeiten bereits bekannte Vorrichtungen zur Bestimmung der Faserqualität auf der Basis von Bildverarbeitung, wobei allerdings die zugrunde liegenden Bilder von einer sehr kleinen Stichprobe von aus dem Produktionsprozess entfernten Fasern stammen.

1
Vorrichtung
2
Aufschlusseinrichtung
3
Ausgangsmaterial
4
Blasrohr
5
Fasern
6
Trockner
7
Beleimungsstation
8
Bindemittel
9
Kammer
10
Fenster
11
Zylindermantelabschnitt aus Glas
12
Lichtquelle
13
Ausgangssignal
14
Frame-Grabber
15
Pilzschirm
16
Bildverarbeitungseinrichtung
17
Qualitätskriterium
18
Steuer- und Regeleinrrichtung
19
Regelsignal
20
Steuersignal


Anspruch[de]
Verfahren zur Herstellung von Formkörpern, insbesondere Platten, aus Lignocellulose haltigen Fasern, bei dem die Fasern aus einem Ausgangsmaterial feucht aufgeschlossen werden und dann mit einem Gasstrom durch ein Blasrohr gefördert werden, bevor sie getrocknet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (5) in dem Blasrrohr (4) mit einer Kamera (9) beobachtet werden, um die Faserqualität der aufgeschlossenen Fasern (5) fortlaufend zu analysieren. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ausgangssignal (13) der Kamera (9) einer automatischen Bildverarbeitung zugeführt wird, die die Faserqualität fortlaufend automatisch analysiert. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von der analysierten Faserqualität der Fasern (5) der Aufschluss der Fasern (5) geregelt und/oder die Weiterverarbeitung der Fasern (5) gesteuert wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (5) nach dem Beobachten mit der Kamera (9) in dem Blasrohr (4) beleimt werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (5) mit der Kamera (9) durch ein Fenster (10) in dem Blasrohr (4) beobachtet werden. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (5) in dem Blasrohr (4) durch das Fenster (10) oder ein anderes Fenster beleuchtet werden. Vorrichtung zum Herstellen von Formkörpern, insbesondere Platten, aus Lignocellulose haltigen Fasern, mit einer Aufschlusseinrichtung zum Aufschließen der Fasern aus einem Ausgangsmaterial und mit einem die aufgeschlossenen Fasern in einem Gasstrom aufnehmenden und zu einem Trockner führenden Blasrohr, dadurch gekennzeichnet, dass das Blasrohr (4) ein Fenster (10) aufweist, durch das eine Kamera (9) die Fasern (5) in dem Blasrohr (4) beobachtet, um die Faserqualität der Fasern (5) in dem Blasrohr (4) zu analysieren. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera (9) an eine Bildverarbeitungseinrichtung (16) angeschlossen ist, die die Faserqualität der Fasern (5) fortlaufend automatisch analysiert. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildverarbeitungseinrichtung (16) an eine Regelung (18) für den Aufschluss der Fasern (5) und/oder eine Steuerung (18) für die Weiterverarbeitung der Fasern (5) angeschlossen ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Fenster (10) stromauf einer Beleimungsstation (7) in dem Blasrohr (4) vorgesehen ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Fenster (10) zylindermantelabschnittförmig ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lichtquelle (12) zur Beleuchtung der Fasern (5) in dem Blasrohr (4) durch da Fenster (10) oder ein anderes Fenster vorgesehen ist.






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