DE10059281A1 - Tragbalken - Google Patents

Abstract

Tragbalken für eine langgestreckte Funktionseinheit, insbesondere einer Papier- und/oder Streichmaschine, bestehend aus einem langgestreckten, hohlförmigen Körper von rundem oder polygonalem Querschnitt aus einem Faserverbundwerkstoff, der im Wickelverfahren hergestellt ist, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass als Faserverbundwerkstoff ein solcher vorgesehen ist, der ein E-Modul von > 100 GPa und in Richtung seiner Längserstreckung eine Wärmeausdehnung von 2 x 10·-6· 1/K sowie eine solche Faserorientierung aufweist, bei der ein Faseranteil A von 70% bis 90% annähernd achsparallel und ein Faseranteil B annähernd in Umfangsrichtung ausgerichtet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Tragbalken für eine langgestreckte Funktionseinheit, ins­ besondere einer Papier- und/oder Streichmaschine, bestehend aus einem langge­ streckten, hohlförmigen Körper von rundem oder polygonalem Querschnitt aus einem Faserverbundwerkstoff, der im Wickelverfahren hergestellt ist.

Gattungsgemäße Tragbalken sind bereits bekannt und dienen der Lagerung und Ab­ stützung von beispielsweise Schaberklingen, mit denen in Papiermaschinen die Mantelflächen von Trockenzylindern saubergehalten werden oder um die Papier- oder Kartonbahn von der Mantelfläche abzunehmen.

Ein solcher Tragbalken ist in der DE 41 41 133 beschrieben. Der Tragbalken besteht aus einem Faserverbundwerkstoff und ist in Form eines langgestreckten Hohlkörpers mit im wesentlichen polygonalem Querschnitt hergestellt.

Aus der DE 196 49 559.8 oder der DE 297 01 176.6 sind auch derartige Tragbalken für Streichaggregate bekannt.

In der DE 197 13 195 ist ebenfalls ein Tragkörper offenbart, der aus Faserverbund­ werkstoff CFK (kohlefaserverstärkter Kunststoff) besteht. Dieser Tragkörper besteht aus einem Bündel rohrförmiger Tragelemente, wobei die einzelnen Rohre im Wickel­ verfahren unter Anwendung von Wärme und Druck fertigbar sind. Es ist außerdem offenbart, dass durch geeignete Wahl der Hauptfaserorientierung, die ungefähr par­ allel zur Längsachse eines Profilelementes verlaufen sollte, eine Wärmeausdehnung in Längsrichtung und damit eine Durchbiegung minimiert wird.

Diese Tragbalken konnten in der Praxis allerdings noch nicht vollständig überzeugen. Besonders bei den heute geforderten großen Maschinenbreiten der Papier- oder Streichmaschinen von 8 Metern und mehr, treten zunehmende Schwingungsanfälligkeiten der Tragbalken auf, wodurch die auf dem Tragbalken angeordnete Funktions­ einheit, d. h. Schaberelemente oder Streichelemente über die gesamte Arbeitsbreite hinweg nicht einwandfrei arbeiten.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen solchen Tragbalken derart zu verbessern, dass er nicht nur biegesteif, sondern auch schwingungsarm ist.

Die Aufgabe wird durch einen erfindungsgemäßen Tragbalken mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Der Erfinder hat erkannt, dass durch Erhöhung der Eigenfrequenz und dadurch, dass ein bestimmter Teil der Fasern in Längsrichtung ausgerichtet und ein weiterer Teil der Fasern in Umfangsrichtung ausgerichtet wird, sich die Schwingungsanfälligkeit über­ raschend stark minimieren lässt.

Besonders vorteilhaft lässt sich der erfindungsgemäße Tragbalken für Streichmaschi­ nen, d. h. Coater und Filmpressen einsetzen. Gerade bei letztgenannten Aggregaten, die von der Anmelderin auch unter dem Namen Speedcoater™, Speedsizer™ oder Speedflow™ vertrieben werden, wirken sich schwingungsarme Tragbalken besonders positiv auf das Auftragsergebnis einer zu beschichtenden Materialbahn aus.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Tragbalkens ergeben sich aus den Unteransprü­ chen.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Die zugehörige Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Streichmaschine mit erfindungsgemä­ ßem Tragbalken.

Die in der Fig. 1 dargestellte Streichmaschine besteht aus Ständern 1 mit Lagerhe­ beln 1a auf der Führer- und Triebseite der Maschine. Die Streichmaschine kann eine On- oder auch eine Offline-Maschine sein.

In der Figur ist nur eine Seite der Streichmaschine sichtbar. In Stuhlungsteilen der Maschine, die aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt sind, sind zwei maschi­ nenbreite Auftragswalzen 2 und 2' drehbar, bzw. mit eigenem Antrieb versehen, gela­ gert. Beide Walze sind dabei so gelagert, dass sie miteinander einen Pressspalt (Nip) bilden, den die Materialbahn 3, wie im gewählten Beispiel mit Pfeil dargestellt, von oben nach unten durchläuft. Der Nip ist in der Figur mit N bezeichnet.

Einer jeweiligen Walze 2 oder 2' ist jeweils ein ebenfalls maschinenbreit ausgeführter, also längsgestreckter Tragbalken 4 und 4' zugeordnet. Beide Tragbalken 4, 4' stützen sich an den Stuhlungsteilen 1 mit Lagerhebeln 1a ab.

Die ebenfalls mit dargestellten Hydraulikzylinder 5 ermöglichen ein Abschwenken der Tragbalken z. B. für Wartungszwecke. Die Tragbalken nehmen wie hier im Beispiel nur schemenhaft dargestellt, auf Ihrer Oberseite 5a als Funktionselement eine Funk­ tionseinheit 6, beispielsweise eine Rakelklinge auf. Selbstverständlich könnte anstelle der Rakelklinge 6 auch ein Rakelstab, eine Rakelleiste, ein Auftragsaggregat wie bei­ spielsweise ein Düsenauftragswerk oder über die Länge des Tragbalkens, bzw. der Länge der zugeordneten Walze verteilt angeordnete Einzelauftragsdüsen usw. ange­ bracht sein.

Der Tragbalken ist hohlförmig ausgebildet, so dass dadurch zum einen dieser sehr leicht gehalten ist und zum anderen für eine Streichmaschine auch das entsprechen­ de Farbverteilrohr im Hohlraum platzsparend angeordnet werden kann.

In der Figur sind die Richtungen Z und Y mit entsprechenden Pfeilen angegeben. Man erkennt, dass die Z-Richtung in Längs-, d. h. Achsrichtung des jeweiligen Trag­ balkens verläuft. In dieser Z-Richtung tritt im Normalfall, also ohne erfindungsgemäße Faserorientierung und bei einem E-Modul von < 100 GPa die niedrigste Eigenfre­ quenz auf.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausrichtung der Fasern und der gewählten Para­ meter wird eine hohe erste Eigenfrequenz von über 5 Hz errreicht, wodurch die Schwingungsanfälligkeit der Tragbalken deutlich minimiert wird. Die ganze Streich­ maschine wird dadurch dynamisch stabiler.

Die erste Eigenfrequenz ist sehr niedrig und liegt somit sehr oft im Bereich der Dreh­ frequenz der Walzen.

Untersuchungen zu Schwingungseigenformen von herkömmlichen Tragbalken aus Stahl und Tragbalken aus einem Faserverbundstoff sind nachstehend aufgeführt. Da­ bei wurden die Messungen an verschiedenen Knotenpunkten des Tragbalkens aus­ geführt. Wie vorstehend bereits angemerkt, zeigte sich die erste Eigenfrequenz am kritischsten, da sie einen Wert von unter 5 Hz betrug. Durch den Einsatz des erfin­ dungsgemäßen Tragbalkens konnte die erste Eigenfrequenz auf 5,4 Hz angehoben werden.

Auch die höheren Eigenformen (z. B. 3. und 4.) wurden deutlich erhöht. Die bedeutet eine Anhebung der Biegeeigenfrequenz des maschinenbreiten Tragkörpers (Rakel­ balken).

Claims (4)

1. Tragbalken (4, 4') für eine langgestreckte Funktionseinheit (6), insbesondere einer Papier- und/oder Streichmaschine, bestehend aus einem langgestreckten, hohlförmigen Körper von rundem oder polygonalem Querschnitt aus einem Fa­ serverbundwerkstoff, der im Wickelverfahren hergestellt ist, dadurch gekenn­ zeichnet, dass als Faserverbundwerkstoff ein solcher vorgesehen ist, der ein E-Modul von < 100 GPa, und in Richtung seiner Längserstreckung eine Wärmeausdehnung von = < 2 × 10^-6 1/K sowie eine solche Faserorientierung aufweist, bei der ein Faseranteil A von 70% bis 90% annähernd achsparallel und ein Faseranteil B annähernd in Umfangsrichtung ausgerichtet ist.

2. Tragbalken nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Faseranteil A bis zu 15% von der Achse der Längserstreckung ausgelenkt ist.

3. Tragbalken nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Faseranteil B zwischen 75° und 90° von der Achse der Längserstreckung ausgelenkt ist.

4. Tragbalken nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Faserverbundwerkstoff Glasfaserkunststoff (GFK), Kohlefaserkunststoff (CFK) oder Aramid Verwendung findet.