CH686630A5

CH686630A5 - Tragbalken.

Info

Publication number: CH686630A5
Application number: CH03792/92A
Authority: CH
Inventors: Joachim Dr Grabscheid; Thomas Appels
Original assignee: Voith Gmbh J M; Sgl Technik Gmbh
Priority date: 1991-12-13
Filing date: 1992-12-11
Publication date: 1996-05-15
Also published as: US5356519A; FI925655A; CA2085265C; FR2685436B1; FR2685436A1; FI98233C; DE4141133C1; FI98233B; FI925655A0; JPH0610294A; CA2085265A1

Description

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CH 686 630 A5

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Tragbalken für wenigstens ein langgestrecktes Arbeitselement, beispielsweise für eine Schaberklinge oder für zwei Schaberklingen. Der Tragbalken ist in diesem Fall ein sogenannter Schaberbalken; er bildet zusammen mit der Schaberklinge (bzw. mit den Schaberklingen) einen sogenannten Schaber, der zur Verwendung in einer Maschine zur Herstellung oder Verarbeitung von Faserstoffbahnen, z.B. Papierbahnen, vorgesehen ist. Die Schaberklinge kann beispielsweise unmittelbar mit der Mantelfläche einer rotierenden Walze oder eines Trockenzylinders zusammenwirken, um die Hantelfläche sauberzuhalten oder um die Papierbahn von der Mantelfläche abzunehmen. In Papier-Streichmaschinen kommt die Schaberklinge in unmittelbaren Kontakt mit der Papierbahn, um überschüssige Streichmasse abzustreifen.

In der US-PS 3 134 126 ist das Problem beschrieben, dass der Hauptteil des Schaberbalkens, nämlich der überwiegend kastenförmige langgestreckte Hohlkörper, mitunter eine Durchbiegung erleidet, so dass die Schaberklinge nicht mit (über ihre Länge) gleichförmiger Linienkraft an die Walze angedrückt wird. Die genannte Durchbiegung wird dadurch verursacht, dass im Betrieb eine der Längswände des Hohlkörpers eine höhere Temperatur annimmt als eine andere Längswand. Zur Lösung dieses Problems sind im Inneren des Hohlkörpers des bekannten Schaberbalkens Kanäle vorgesehen, durch die eine Temperierflüssigkeit strömt. Hierdurch will man erreichen, dass der Hohlkörper isotherm bleibt, so dass die erwähnte Durchbiegung vermieden wird. Diese bekannte Konstruktion erfordert einen hohen Bauaufwand und komplizierte Regeleinrichtungen, die den gewünschten Erfolg sicherstellen sollen.

Dasselbe Problem ist beschrieben in der US-PS 3 800 357; dort ist zur Lösung des Problems folgendes vorgesehen, bezogen auf einen Querschnitt durch den Schaberbalken: Ein elastischer Tragarm trägt am einen Ende die Schaberklinge und ist an seinem anderen Ende am Schaberbalken befestigt; dieser hat eine tropfenartige Querschnittsform, d.h. er ist aus zwei konvex gekrümmten Längswänden zusammengeschweisst, deren Krümmungsradius grösser als ihre Breite ist. Entlang einer der Schweissnähte ist eine spitzwinklige Kante gebildet, die in einem relativ kleinen Abstand von der Schaberklinge verläuft. Es wird hierdurch erreicht, dass die Schaberklinge - weniger als bei einer herkömmlichen Balken-Bauart - an einer thermisch bedingten Durchbiegung des Balkens teilnimmt. Es wird aber immer noch nicht eine vollkommen gleichförmige Linienkraft zwischen Schaberklinge und Walze erzielt, weil die Ursache (nämlich die thermisch bedingte Balken-Durchbiegung) nicht beseitigt ist.

Im deutschen Gebrauchsmuster G 9 113 542.7 wird vorgeschlagen, den langgestreckten Hohlkörper des Schaberbalkens aus einem Faserverbundwerkstoff zu fertigen, worin die Wärmedehnungszahl in der sogenannten Haupt-Faserorientierung nahe dem Wert Null liegt und wobei die Haupt-Faserorientierung ungefähr parallel zur Längsachse des Schaberbalkens verläuft. Vorzugsweise soll der Hohlkörper aus einem mit Kohlenstoff-Fasern verstärkten Kunststoff gefertigt werden. Durch diese Massnahmen kann der Hohlkörper in einfacherer Weise als gemäss der US '126 auch dann durchbiegungsfrei gehalten werden, wenn seine Längswände im Betrieb unterschiedliche Temperaturen annehmen. Zugleich erzielt man in bekannter Weise ein gegenüber Stahl geringeres Gewicht und relativ hohe Steifigkeit, d.h. geringere Durchbiegung unter dem Eigengewicht, bei gleichen Abmessungen.

Problematisch ist jedoch beim Gegenstand der obigen Gebrauchsmusteranmeldung die konventionelle Ausbildung der Längswände des Hohlkörpers als ebene Wände. Infolge der hauptsächlichen Faserorientierung in Längsrichtung ist die Steifigkeit des Hohlkörpers in Umfangsrichtung relativ gering. Somit ist bei den ebenen Längswänden die Sicherheit gegen Schwingungen (die sogenannte Plattenschwingung) und/oder gegen Beulen unzureichend. Ausserdem sind die ebenen Längswände gefährdet durch mechanische Stossbelastung z.B. bei Transport oder Montage des Schaberbalkens.

Der hier vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ganz allgemein einen Tragbalken, dessen Hauptteil (der genannte Hohlkörper) aus einem Faserverbundwerkstoff zu fertigen ist, derart zu gestalten, dass die Längswände des Hohlkörpers - trotz der überwiegend parallel zu seiner Längsachse verlaufenden Haupt-Faserorientierung - ausreichend steif sind, so dass insbesondere eine ausreichende Beul-Sicherheit vorhanden ist. Ein weiterer Teil der Aufgabenstellung besteht darin, dass die bekannte weitgehend kastenartige Form des Tragbalkens (mit beispielsweise überwiegend dreieckigem Querschnitt) wegen ihrer bekannten hohen Biege- und Torsions-Steifigkeit möglichst weitgehend beibehalten werden soll.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Dadurch, dass der langgestreckte Hohlkörper - im Querschnitt gesehen -schwach konvex gekrümmte Längswände hat, die untereinander ausschliesslich durch konvex gerundete Obergangszonen verbunden sind (also unter Vermeidung jeglicher scharfer Kanten), wird der folgende Vorteil erzielt: Die Längswände erhalten -trotz relativ geringer Wanddicke - in Umfangsrichtung eine hohe Biegesteifigkeit. Sie sind somit ausserordentlich unempfindlich gegen Schwingungen und gegen mechanische Stoss-Beanspruchung. Insbesondere weisen die Längswände eine hohe Beul-Sicherheit auf. Dies alles gilt trotz Fertigung des Hohlkörpers aus einem Faserverbundwerkstoff mit überwiegender Faserorientierung in Längsrichtung.

Gemäss einem wichtigen weiterführenden Gedanken der Erfindung ist der langgestreckte Hohlkörper des Tragbalkens nicht mehr wie bisher (siehe z.B. US-PS 3 134 126 oder US-PS 4 789 432) ein im wesentlichen einstückiges Bauteil einschliesslich einer daran angeformten und das Arbeitselement wie z.B. die Schaberklinge tragenden flanschartigen Leiste. Statt dessen wird diese Leiste (oder gegebenenfalls mehrere Leisten) vorzugswei-

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se als ein vom Hohlkörper separates Bauteil ausgebildet, wie an sich aus der US-PS 3 800 357 bekannt. Hierdurch wird die Herstellung des Hohlkörpers aus dem Faserverbundwerkstoff - zunächst also ohne die Leiste - wesentlich erleichtert, insbesondere wenn der Hohlkörper eine grosse Länge (Grössenordnung 10 m) aufweisen soll. Die separat hergestellte Leiste (bzw. die Leisten) wird (bzw. werden) sodann mittels geeigneter Verbindungselemente am Hohlkörper befestigt. Abweichend hiervon ist es aber auch möglich, den Hohlkörper und die Leiste gemeinsam als ein einstückiges Bauteil aus dem Faserverbundwerkstoff herzustellen.

Bei allen diesen Ausführungsformen der Erfindung kann der langgestreckte Hohlkörper einen im wesentlichen polygonartigen, also beispielsweise drei- oder viereckigen Querschnitt aufweisen. In diesem Falle sind also beispielsweise drei oder vier schwach konvex gekrümmte Längswände vorhanden. Möglich ist aber auch ein ovaler Querschnitt, so dass nur zwei schwach konvex gekrümmte Längswände vorhanden sind, die (wie bei den anderen Ausführungsbeispielen) durch konvex gerundete Übergangszonen miteinander verbunden sind.

Wenn die genannte Leiste (oder Leisten) unabhängig vom Hohlkörper des Tragbalkens gefertigt wird bzw. werden, dann gibt es für das Verbinden der Leiste (oder der Leisten) mit dem Hohlkörper verschiedene Möglichkeiten: Falls die Leiste z.B. aus einem metallischen Werkstoff hergestellt wird, muss dafür gesorgt werden, dass sich die Leiste bei Temperatur-Schwankungen relativ zum Hohlkörper in Längsrichtung dehnen oder zusammenziehen kann. Es müssen also Verbindungselemente vorgesehen werden, die derartige Längsbewegungen der Leiste zulassen. Dasselbe gilt, wenn mehrere Leisten dieser Art vorhanden sind.

Bevorzugt wird jedoch gemäss einem weiteren Gedanken der Erfindung das separate Herstellen der Leiste (bzw. der Leisten) wiederum aus einem Faserverbundwerkstoff. Hierbei können der Faseranteil und die Haupt-Faserorientierung so gewählt werden, dass die Wärmedehnung in Längsrichtung - genauso wie beim Hohlkörper - nahe dem Wert Null liegt. Mit anderen Worten: Man wird dafür sorgen, dass die Wärmedehnung der Leiste(n) möglichst gleich der Wärmedehnung des Hohlkörpers ist. Letzteres ist besonders gut dadurch zu realisieren, dass als verstärkende Faserkomponente sowohl für die Leiste als auch für den Hohlkörper Kohlenstoff- oder Graphitfasern verwendet werden. Genauso wird man das Arbeitselement (z.B. eine Schaberklinge) und/oder den Halter für das Arbeitselement derart gestalten, dass es entweder die gleiche Wärmedehnung in Längsrichtung aufweist wie die Leiste(n) oder man wird eine Befestigung wählen, die eine Längsbewegung des Arbeitselements und/oder des Halters relativ zur Leiste erlaubt.

Die erfindungsgemässen Teile können nach den aus dem Stand der Technik dem Fachmann bekannten Verfahren wie der Wickeltechnik (filament winding) oder der Legetechnik von Prepregbahnen, beispielsweise nachträgliches Imprägnieren oder Beschichten des Rohkörpers mit Kunstharz und nachfolgendes Aushärten, gegebenenfalls unter Anwendung von Temperatur und Druck hergestellt werden.

Zusätzliche Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von weiteren Unteransprüchen; sie werden nachfolgend anhand der zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.

Die Fig. 1 zeigt einen Schaber, teils in Seitenansicht, teils im Querschnitt.

Die Fig. 2 ist ein Teil-Längsschnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1.

Die Fig. 3, 4 und 5 zeigen schematisch weitere Schaber im Querschnitt, die von den Fig. 1 und 2 abweichen.

Die Fig. 1 zeigt einen sogenannten Abnahmeschaber, dessen Klinge 1 an der äusseren Mantelfläche eines Trockenzylinders 2 anliegt, dessen Drehrichtung durch einen Pfeil P angedeutet ist. Der Abnahmeschaber dient zur Reinigung der Mantelfläche des Trockenzylinders 2 und gegebenenfalls zur Abnahme einer bis zur Schaberklinge 1 laufenden Papierbahn. Die Schaberklinge 1 ist mittels einer insgesamt mit 3 bezeichneten Halte- und Schwenkvorrichtung an einer abgewinkelten Leiste 4 befestigt. Diese Leiste 4 ist ihrerseits mittels Schrauben 5 an einem insgesamt mit 6 bezeichneten Hohlkörper befestigt. Zur Versteifung ist eine zusätzliche Leiste 7 vorgesehen, die einerseits mit der abgewinkelten Leiste 4 und andererseits ebenfalls mit dem Hohlkörper 6 verschraubt ist. Der Hohlkörper 6 und die Leisten 4 und 7 bilden gemeinsam einen Tragbalken für die Schaberklinge 1 (oder für ein anderes langgestrecktes Arbeitselement) und für die dazugehörende Halte- und Schwenkvorrichtung 3.

Alle die bisher genannten Bauteile sind beispielsweise Teile einer Papierherstellungsmaschine; sie haben alle eine Längserstreckung (senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 1) in der sogenannten Maschinen-Querrichtung. Der Hohlkörper 6 hat in grober Annäherung einen dreieckigen Querschnitt; er hat somit drei Längswände 6a, 6b und 6c, die sich ebenfalls in der Maschinen-Querrichtung erstrecken und im Betrieb unterschiedliche Temperaturen annehmen können. Sie sind deshalb aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt, worin die Haupt-Faserorientierung wenigstens angenähert in Längsrichtung verläuft, also ebenfalls quer zur Maschinenrichtung. Dies ist in Fig. 2 bei F angedeutet.

Die Längswände 6a, 6b und 6c sind schwach konvex gekrümmt und bilden zusammen mit konvex gerundeten Übergangszonen 6d, 6e und 6f ein einstückiges langgestrecktes Bauteil, nämlich den schon genannten Hohlkörper 6.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel haben alle drei Längswände die gleiche Breite

а. Dies erleichtert die Herstellung des Hohlkörpers

б. Jedoch kann hiervon bei Bedarf abgewichen werden. Der Krümmungsradius K jeder Längswand (z.B. 6a) ist wesentlich grösser als ihre Breite a. Der Krümmungsradius K wird im allgemeinen derart gewählt, dass die sogenannte Überhöhung h in der Grössenordnung von 1/1 OOstel der Breite a beträgt.

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In der gleichen Grössenordnung (1 bis 2/100stel der Breite a) liegt auch die Wanddicke s des Hohlkörpers 6. Der Krümmungsradius R der Übergangszonen 6d, 6e und 6f liegt ungefähr bei 1/10 der Breite a.

Die Leisten 4 und 7, welche die Halte- und Schwenkvorrichtung für die Schaberklinge 1 tragen, sind ebenfalls aus einem Faserverbundwerkstoff gefertigt, der bezüglich der Wärmedehnung in Längsrichtung (also in Maschinen-Querrichtung) die gleichen Eigenschaften hat wie der Hohlkörper 6.

In den Hohlkörper 6 ist an jedem Ende eine sogenannte Balkenkappe 9 eingesetzt. Deren Aussen-kontur ist an die konvexe Krümmung der Längswände 6a, 6b, 6c angepasst, so dass sie mit dem Hohlkörper 6 verschraubt werden kann. Jede der Balkenkappen, von denen nur eine sichtbar ist und die vorzugsweise aus Stahl gefertigt sind, hat einen eingeschweissten Lagerzapfen 8, der sich in Längsrichtung erstreckt. Die Lagerzapfen 8 dienen in bekannter Weise zur Abstützung des Schabers in stationären Lagern, die in der Zeichnung weggelassen sind. Falls erforderlich, kann der Schaber in den Lagern verschwenkt werden.

Das Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 hat wiederum eine Schaberklinge 1, eine Halte- und Schwenkvorrichtung 3, ferner Leisten 4' und 7' sowie einen Hohlkörper 6'. Der wesentliche Unterschied zu Fig. 1 besteht darin, dass der Hohlkörper 6' einen ungefähr ovalen Querschnitt aufweist.

In dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 4 ist ein Hohlkörper 6" vorgesehen, der nunmehr in grober Annäherung einen viereckigen Querschnitt aufweist und der wiederum aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt ist. Zur Verbindung des Hohlkörpers 6" mit der Halte- und Schwenkvorrichtung 3 der Schaberklinge 1 sind wiederum zwei Leisten 4" und 7" vorgesehen. Diese sind, abweichend von Fig. 1, aus Stahl hergestellt. Sie sind deshalb mit dem Hohlkörper 6" nicht verschraubt; vielmehr sind Klammerelemente 10 vorgesehen, die ihrerseits mit dem Hohlkörper 6" verschraubt sind und die eine Längsdehnung der Leisten 4" und 7" relativ zum Hohlkörper 6" erlauben.

Die Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform, worin der Hohlkörper 6A und die Leiste 4A gemeinsam ein einstückiges und aus Faserverbundwerkstoff hergestelltes Bauteil bilden. Falls erforderlich, kann im Inneren der Leiste 4A ein Verstärkungselement 11 eingebettet sein. Die drei Längswände des Hohlkörpers 6A haben in Fig. 5 unterschiedliche Breite (abweichend von Fig. 1).

Claims

Patentansprüche

1. Tragbalken für wenigstens ein langgestrecktes Arbeitselement, das vorgesehen ist zur Verwendung in einer Maschine zur Herstellung oder Verarbeitung von Faserstoffbahnen, z.B. Papierbahnen, insbesondere zum Zusammenwirken mit der Mantelfläche einer Walze oder eines Trockenzylinders (2), mit den folgenden Merkmalen:

a) der Tragbalken umfasst einen langgestreckten Hohlkörper (6), der wenigstens zwei konvex gekrümmte Längswände (6a, 6b, 6c) aufweist, wobei der Krümmungsradius (K) jeder Längswand (6a, 6b, 6c) grösser ist als ihre Breite, dadurch gekennzeichnet,

b) dass der Hohlkörper (6) aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt ist, worin die Haupt-Faserorientierung (F) im wesentlichen in der Längserstreckung des Hohlkörpers verläuft;

c) dass die Längswände (6a, 6b, 6c) des Hohlkörpers (6) miteinander ausschliesslich mittels konvex gekrümmter Übergangszonen (6d, 6e, 6f) verbunden sind, wobei der Krümmungsradius (R) jeder Übergangszone (6d, 6e, 6f) kleiner ist als die Breite (a) einer benachbarten Längswand.

2. Tragbalken nach Anspruch 1 mit wenigstens einer das Arbeitselement (1) tragenden Leiste (4), dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (6) und die Leiste (4) als separat hergestellte Bauteile ausgebildet sind.

3. Tragbalken nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (6) in grober Annäherung einen dreieckigen Querschnitt aufweist.

4. Tragbalken nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Längswände (6a, 6b, 6c) im wesentlichen gleiche Breite (a) aufweisen.

5. Tragbalken nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (6') eine im wesentlichen ovale Querschnittsform hat.

6. Tragbalken nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die das Arbeitselement (1) tragende Leiste (4) aus einem Faserverbundwerkstoff gefertigt ist, derart, dass die Wärmedehnung der Leiste (4) in Längsrichtung wenigstens angenähert gleich der Wärmedehnung in Längsrichtung des Hohlkörpers (6) ist.

7. Tragbalken nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die das Arbeitselement (1) tragende Leiste (4") am Hohlkörper (6") mittels Klammerelementen (10) befestigt ist, die eine Längsdehnung der Leiste relativ zum Hohlkörper zulassen.

8. Tragbalken nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an jedem Ende des Hohlkörpers (6) im Inneren desselben eine Balken-Kappe (9) angeordnet ist, die ein Lagerelement (8) aufweist.

9. Tragbalken nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Balken-Kappen (9) nur mit den konvex gekrümmten Längswänden (6a, 6b, 6c) in Kontakt stehen.

10. Tragbalken nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Balken-Kappen (9) und gegebenenfalls die dazugehörenden Lagerelemente (8) aus einem Werkstoff mit höherem Elastizitätsmodul gefertigt sind als der Hohlkörper (6).

11. Tragbalken nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass für das einzelne Arbeitselement (1) mehrere, vorzugsweise zwei Leisten (4, 7) vorgesehen sind, die nach Art eines Fachwerk-Verbundes einerseits mit dem Hohlkörper (6) und andererseits miteinander verbunden sind.

12. Tragbalken nach Anspruch 1 mit wenigstens einer das Arbeitselement (1) tragenden Leiste (4A), dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (6A) und die Leiste (4A) ein einstückiges, aus Faserverbundwerkstoff hergestelltes Bauteil bilden.

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13. Tragbalken nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragbalken wenigstens teilweise aus Kohlenstoff- oder Graphitfasern gebildet ist.

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