Kontrollierende Feuchtigkeitscremes zur Reduzierung von Kantenkräuselungen und zur Verbesserung der Ebenheit der Bahn durch ein in alle Richtungen gerichtetes Feuchtigkeitsprofil

In der Etiketten- und Verarbeitungsindustrie werden Probleme mit Rückfeuchtung häufig behoben, wenn die Kanten sich kräuseln oder flach liegen. Eine ungleichmäßige Feuchtigkeitsschichtung kann dazu führen, dass die Cellulosefasern schrumpfen oder sich ausdehnen, wenn sie sich ausgleichen, was zu Kräuselungen führt, insbesondere an den Kanten der Papierbahn. Feuchtigkeitsschwankungen in den Schichten während des Laminiervorgangs können ebenfalls zu Problemen beim Flachlegen führen, insbesondere wenn bei silikonbeschichteten Trennfolien hohe Temperaturen verwendet werden. Gewelltes Material ist ein Problem für Druck- und Verpackungsbetriebe, die für einen effizienten Betrieb und geringen Wartungsaufwand ein gleichbleibend flaches Produkt benötigen. Hersteller von Etikettenmaterial befeuchten das Produkt häufig nach dem Trocknen oder Aushärten erneut, um den Feuchtigkeitsgehalt auf das ursprüngliche Niveau zu erhöhen und dadurch die Kräuselung zu verringern oder zu verhindern. Zu den üblichen Methoden der erneuten Befeuchtung gehören Systeme zum Auftragen von Flüssigkeiten (LAS), Wasserscheiben und Sprays sowie Dampfvorhänge oder Applikatoren.

Systeme zur Flüssigkeitsapplikation (LAS)

Liquid Applications Systems (LAS) sättigen das Gewebe mithilfe eines Applikators und eines Dosierwalzensystems mit Wasser oder chemischen Lösungen auf Wasserbasis. Diese Systeme enthalten manchmal eine dritte Rolle, um die gesamte Folie zu sättigen. Der Feuchtigkeitstransmitter MCT460 dient zur Messung der Feuchtigkeit und gibt ein analoges 4-20-mA-Signal aus, das zur Steuerung der Walzendrehzahl und zum Erreichen des Sollwerts verwendet wird. Der digitale Ausgang wird zur Archivierung der Produktrollen an einen separaten PC gesendet.

Das LAS wird in der Regel verwendet, um das Papier erneut mit Feuchtigkeit zu versorgen, um Kantenkräuselungen zu vermeiden, oder um dem Papier eine chemische Komponente wie Schimmelhemmer (Lebensmittelprodukte) oder feuerhemmende (Zigarettenpapiere) zu verleihen. Der Schimmelhemmer, der in Lebensmittelprodukten aufgetragen wird, kann anschließend mit einem Wachs beschichtet werden, um das Papier zu versiegeln.

Für LAS-Re-Feuchtigkeitscremes gibt es in der Regel drei Kontrollpunkte. Der Spalt, die Schräglage und die Walzendrehzahl des Applikators. Der Spalt begrenzt die aufgetragene Flüssigkeitsmenge, die Schräglage passt die Ausrichtung der Walze an und die Geschwindigkeit des Applikators steuert die Menge der Flüssigkeit, die für einen bestimmten Spalt aufgetragen wird. Der Abstand wird gemäß den Herstellerangaben und Probeläufen festgelegt. Die Schräglage wird vom Bediener manuell angepasst, um ein gleichmäßiges Profil zu erhalten, oder sie kann automatisch über die SPS erfolgen. Die Geschwindigkeit der Applikatorwalze muss angepasst werden, wenn sich die Bahngeschwindigkeit ändert. Der Einbau eines Feuchtigkeitstransmitters nach dem LAS verbessert die Qualitätskontrolle erheblich, beschleunigt die Inbetriebnahme und gewährleistet einen reibungslosen Betrieb unabhängig von der Bahngeschwindigkeit.

Wasserscheiben

Wasserscheiben oder Rotoren werden mit Wasser oder Lösung versorgt, und bei der Hochgeschwindigkeitsrotation entstehen mikroskopische Tröpfchen, die von Sprühventilatoren gesteuert werden. Die Sprühbereiche oder -zonen müssen nahtlos und gleichmäßig über das gesamte Netz verteilt sein.

Dampf-Re-Feuchtigkeitscremes

Dampfbefeuchter können passive Duschen oder geschlossene Systeme sein. Bei Passivduschen handelt es sich im Wesentlichen um Rohre mit gleichmäßig verteilten Löchern im gesamten Netz. Sie sind verstopft und kondensieren, was zu ungleichmäßiger Feuchtigkeitszufuhr und Verunreinigung führen kann. Geschlossene Systeme umfassen Prall-, Strömungs- und einfache Dampfsysteme. Strömender Dampf (Dampf, der parallel zur Bahn austritt) und einfacher Dampf benötigen in der Regel längere Verweilzeiten und langsamere Bahngeschwindigkeiten, damit die Feuchtigkeit auf das Papier übertragen wird. Durch Aufprallstrahlen (in die Bahn gerichteter Dampf) wird gesättigter Dampf mit hoher Geschwindigkeit in die Zellulosefasern gepumpt, wodurch dem Papier ein höherer Feuchtigkeitsgehalt verliehen wird. Dampf kann je nach Anwendung auf eine oder beide Seiten der Bahn aufgebracht werden. Bahngeschwindigkeit, Temperatur, Dampfdichte und Verweilzeit wirken sich auf die Fähigkeit der Dampffeuchtigkeitscreme aus, Feuchtigkeit in das Papier einzudringen. Manchmal werden Kühlwalzen vor der Dampfkammer eingesetzt, um die Papiertemperatur (125 °F oder weniger) zu senken und so ein Höchstmaß an Kondensation auf der Bahn zu gewährleisten.

Die Dampfkammer besteht aus einer Reihe von gleichmäßig angeordneten Dampfventilen und Diffusorplatten in einem abgedichteten Gehäuse, um zu verhindern, dass flüchtige Emissionen entweichen, kondensieren und auf das Band tropfen. Sie sollte auch eine Vakuum- oder Saugkammer enthalten, um zu verhindern, dass sich Flüssigkeit in der Dampfkammer ansammelt. Das Dampfventil wird mit einem Drucksteuersignal angesteuert, das typischerweise im Bereich von 0 bis 30 psig liegt. Relative Luftfeuchtigkeit, Temperatur und Rollschwankungen können sich auf die erforderliche Dampfdichte auswirken, um den Feuchtigkeitssollwert zu erreichen. Dampfventile können sich im Laufe der Zeit auch abnutzen oder verstopfen, was die Leistung beeinträchtigt. Ein in Querrichtung gerichtetes Feuchtigkeitsprofil ermöglicht eine automatische Steuerung des Dampfventildrucks, um den eingestellten Feuchtigkeitssollwert sicherzustellen.

Feuchtigkeitstransmitter

Nahinfrarot-Sender (NIR) werden in der Regel zur Messung der Papierfeuchte eingesetzt. Idealerweise werden zwei NIR-Sender verwendet, um eine Vorwärtssteuerung zu ermöglichen. Ein Feuchtigkeitstransmitter wird vor der Nachbefeuchtungscreme in der Nähe des Ausgangs des Trockners oder der Aushärtungsstation und einer am Ausgang der Nachbefeuchter installiert. Oft wird ein einzelner Feuchtigkeitstransmitter nur zur Rückkopplung am Ausgang montiert. Der Feuchtetransmitter am Ausgang muss so weit stromabwärts installiert werden, dass alle Papierwasserdämpfe, die sich unmittelbar nach dem Dampfapplikator befinden, abgeführt werden können. Je nach Bahngeschwindigkeit ist er in der Regel 10 bis 20 Fuß von der Kammer entfernt. Zur Überwachung der Bahntemperatur ist häufig ein kostengünstiges Infrarotthermometer in den NIR-Feuchtigkeitstransmitter eingebaut oder daneben montiert.

Der Feuchtigkeitstransmitter wird proportionale analoge und digitale Ausgänge sowie eine numerische Anzeige der prozentualen Feuchtigkeit haben. Der Feuchtigkeitstransmitter ist zwischen 6 und 16 Zoll von der Papierbahn entfernt angebracht und bei glänzender Oberfläche um 15 bis 20° vom Normalwert abgewinkelt, um Spiegelreflexion zu vermeiden. NIR-Feuchtigkeitstransmitter messen die Wasserabsorption bei 1,94 Mikrometern und vergleichen sie mit einer oder zwei nicht absorbierenden Wellenlängen wie 1,82 oder 2,05 (Cellulosepeak) Mikrometer, um eine Messung der Feuchtigkeit in Prozent zu liefern. Die Genauigkeiten dieser Transmitter übersteigen in der Regel die Laborgenauigkeit aufgrund von Problemen bei der Probenhandhabung beim Transport von Papierproben zum Labor, liegen aber im Bereich von 0,1% oder besser. Kalibrierungsstandards werden verwendet, um die Kalibrierungsleistung alle drei Monate zu bestätigen.

Richtungsübergreifendes Webprofil von Moisture

Mit dem Guardian HD Webprofilsystem, der NIR-Feuchtigkeitstransmitter ist auf einem automatischen Scannerrahmen mit Positionsencoder montiert, um die Abbildung des Querprofils der Papierfeuchte auf einem Industrie-PC zu ermöglichen. Auf dem Bildschirm des lokalen Bedieners werden die Durchschnittswerte der Zonen im Internet angezeigt, wodurch das Profil grafisch dargestellt wird. Diese Zonen bieten dem Bediener einen schnellen Überblick über das Profil und beinhalten Farbalarme, in der Regel grün (innerhalb der Spezifikation), gelb, rot. Das Profil ist ein gleitender Durchschnitt der vom Bediener ausgewählten Anzahl von Scans (in der Regel 2 Scans) mit der vorherigen Aktualisierung im Hintergrund, sodass der Bediener die Ergebnisse manueller Änderungen der Betriebsbedingungen sehen kann. Der Feuchtigkeitstransmitter und der Positionsgeber werden in die Steuerplatine des Scanning-Frames eingespeist, die die Informationen über Ethernet an den Industrie-PC weiterleitet.

Der Computer gibt die Rohdaten wie Feuchte- und Temperaturmessungen, Bahnposition, Bewegung/Park und Status im manuellen oder automatischen Modus an eine programmierbare Logiksteuerung (PLC) oder eine Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) aus. Eine Open Process Control (OPC) -Serveranwendung dient als Schnittstelle zwischen der Hardwareschicht und der Anwendungsebene und erleichtert die Kommunikation mit dem HMI. Es ist wichtig, über Status-Flags zu verfügen, die anzeigen, dass der Transmitter in Bewegung oder geparkt ist, damit die Prozesssteuerung bestätigt, dass der Transmitter scannt und nicht anhand einer Einzelpunktmessung die Steuerung über das gesamte Netz ausübt, wenn der Transmitter im manuellen Modus an einer festen oder geparkten Position im Netz platziert wurde.

Die Daten müssen entsprechend der Bahnbreite und der Position des Dampfventils analysiert werden. Der Betreiber kann zwar die Anzahl der Zonen und die Zonenbreite für die Anzeige des Webprofils auswählen, bei unterschiedlichen Bahnbreiten stimmen diese Zonen jedoch möglicherweise nicht mit den einzelnen Dampfzonen überein. Beispielsweise kann ein Konverter eine maximale Breite von 96 Zoll haben, aber auch Produkte von 64 und 48 Zoll für verschiedene Produkte oder Kunden ausführen. Die Dampfkammern müssten die gesamten 96 Zoll abdecken, und wenn die Dampfventile einen Abstand von 6 Zoll hätten, hätten sie insgesamt 16 Ventile. Bei einem Produktwechsel auf eine 64-Zoll-Bahn würden die äußeren Zonen auf beiden Seiten gesperrt und je nach Bahnposition und Webart würden nur 10 bis 12 Zonen aktiviert. Um die Bahnbreite auf 48 Zoll zu ändern, müssten mindestens 8 Zonen aktiviert werden.

Wenn der Bediener 2-Zoll-Zonensegmente für die Webprofilanzeige auswählen würde, würden ihm 48 Zonen für die Webbreite von 96 Zoll angezeigt, für die Webbreite von 48 Zoll jedoch nur 24 Zonen. Da die Rohdaten unabhängig vom angezeigten Webprofil erfasst werden, können die Daten so analysiert werden, dass sie den aktivierten Dampfzonen für jede Bahnbreite entsprechen. Gleichzeitig kann der Bediener die visuelle Darstellung in kleineren Segmenten sehen. Auf diese Weise kann die SPS jeden einzelnen Dampfventilantrieb mit einem pneumatischen Signal steuern, um die Dampfdichte und damit die Papierfeuchte in jeder Zone zu erhöhen oder zu verringern. Die automatische Kantenerkennung ist eine bevorzugte Option, um Bahngeweben Rechnung zu tragen, die manchmal bei Rollenwechseln oder aufgrund einer unsachgemäßen Spannungssteuerung auftritt.

Die Verbindung des Webprofilsystems des Feuchtigkeitstransmitters und der SPS mit dem HMI hat den Vorteil, dass die Bedienung vereinfacht wird. Anstatt dass der Bediener eine Produktänderung separat in das HMI, die Steuerung der Dampfrückfeuchtung und die Querprofilsysteme (CD) eingeben muss, kann der Bediener die Produktänderung in das HMI eingeben, das das neue Produkt direkt über die OPC-Serveranwendung an den CD-Webprofiler und die SPS übermittelt. Verschiedene Produkte können unterschiedliche Feuchtigkeitsziele, Beschichtungen und Bahnbreiten haben. Die Verwendung des HMI vereinfacht das Verfahren für das Bedienpersonal und verringert die Wahrscheinlichkeit von Bedienfehlern.

Dampfbefeuchter werden zunehmend eingesetzt, um das Einrollen der Kanten zu reduzieren. Sie bestehen aus einer Reihe von Dampfkammern, die über das gesamte Netz verteilt sind. Diese Kammern sind in der Regel zwischen vier und acht Zoll breit und können je nach Anwendung ein- oder doppelseitig sein. Wenn Sie Ihre Dampffolie/Box auf automatische Steuerung aufrüsten, reduzieren Sie den Ausschuss und verbessern die Qualitätskontrolle. Wenn Sie ein Upgrade in Betracht ziehen, müssen einige Punkte berücksichtigt werden, um den Wert zu maximieren.

Die besten Daten, die aus dem Netzprofil verwendet werden können, sind die Rohdaten und nicht die Durchschnittswerte der Feuchtigkeitsprofile, da sie möglicherweise nicht mit den Kammern der Dampfbefeuchterzone übereinstimmen, wenn sich die Stegbreiten ändern. Die Rohdaten müssen analysiert werden, um sie an die Kammerzonen anzupassen. Das bedeutet, dass der Profiler anhand eines Rezepts unterschiedliche Stegbreiten erkennen muss. Die analysierten Daten werden dann an eine programmierbare Logiksteuerung (SPS) gesendet, um das individuelle Aktuatorventil jeder Dampfzone zu steuern.

Anstatt dass Bediener diese Rezepturdaten manuell einzeln in den Profiler eingeben müssen, wenn sich die Produktbreiten ändern, ist es vorzuziehen, dass die HMI-Bedienstation (Human Machine Interface) über eine grafische Oberfläche wie Wonderware, Genesis, Interlution, SCADA oder andere über Ethernet, Modbus, Profinet oder ein anderes geeignetes Protokoll mit dem Profiler kommuniziert. Dies reduziert die Anzahl der Bedieneraufgaben und beschleunigt den Produktwechsel. Die Daten zum Feuchtigkeitsprofil sollten zur Datenarchivierung ebenfalls separat gespeichert werden, in der Regel über eine Ethernet-Verbindung.

Zusammenfassung

Systeme zum Auftragen von Flüssigkeiten, Wasserscheiben und Dampf-Re-Feuchtigkeitscremes, die das Einrollen der Kanten reduzieren und die Ebenheit verbessern, profitieren von der Verwendung von NIR-Feuchtigkeitstransmitter in das Kontrollschema.