DE10153693A1 - Walze - Google Patents

Abstract

Walze mit einem rohrförmigen Walzenkörper aus Kunststoff, in den sich in Umfangsrichtung und in Längsrichtung des Walzenkörpers erstreckende Faserstränge eingebettet sind, wodurch die im mittleren Bereich (6) des Walzenkörpers (10) angeordneten Faserstränge (11) mit der Längsrichtung (14) des Walzenkörpers (10) einen veränderten Winkel (alpha) einschließen als die in den Endbereichen (5) des Walzenkörpers (10) angeordneten Faserstränge (11, 15, 16).

Description

Technischen Gebiet
• Die Erfindung betrifft eine Walze mit einem rohrförmigen Walzenkörper aus Kunststoff, in den in Umfangsrichtung und in Längsrichtung des Walzenkörpers sich erstreckende Faserstränge eingebettet sind.
• Walzen aus Kunststoff sind an sich bekannt. Sie haben aufgrund der geringen Dichte des den Walzenkörper bildenden Kunststoffes eine geringe Trägheitsmasse, die es erlaubt, die Umlaufgeschwindigkeit ohne nennenswerten Energieaufwand schnell zu ändern. Die Biegefestigkeit dieser Walzen ist bei größeren Baulängen jedoch nicht zufriedenstellend. Um hier eine Verbesserung zu erreichen, ist die Wandstärke des Walzenkörpers in Richtung zu seiner Mitte hin, zunehmend vergrößert worden. Dieses bedingt aber eine Vergrößerung der Trägheitsmasse und damit einen vergleichsweise größeren Energieeinsatz bei Änderungen in der Umlaufgeschwindigkeit. Außerdem ist der Herstellungsaufwand größer.
• Stand der Technik
• Um den obigen Nachteilen abzuhelfen, ist durch die EP 0 621 411 B1 eine Kunststoffwalze bekannt geworden, bei der der Walzenkörper aus mindestens drei in Richtung der Längsachse benachbarten Teilkörpern besteht, die untereinander verbunden und so nebeneinander angeordnet sind, dass ihre Biegefestigkeiten von den Stirnseiten in Richtung zur Mitte des Walzenkörpers hin zunehmen. Die Erhöhung der Biegefestigkeit erfolgt durch unterschiedliche Ausbildung der einzelnen Teilkörper, in dem Kunststoff mit unterschiedlicher Biegefestigkeit ausgewählt wird oder eine Verstärkung durch das Fasergebilde erfolgt. Walzen dieser Bauart haben sich bewährt. Die Durchbiegung der Walze bei größeren Belastungen ist jedoch nicht voll zufriedenstellend für alle Anwendungsgebiete da entsprechend der Biegefestigkeiten der einzelnen Teilkörper die Walze über ihre Länge verteilt unterschiedliche Biegeradien hat.
• Darstellung der Erfindung
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kunststoffwalze so auszubilden, dass sie bei ihrer Durchbiegung einen definierten möglichst gleichmäßigen Kreisbogen darstellt. Dadurch sollen die Lebensdauer der Walze erhöht und überbelastete Zonen vermieden werden. Auch soll die Kreisringstabilität der Walze erhöht werden. Damit geht einher eine Reduzierung von interlaminaren Spannungen die zwischen einzelnen Faserlagen auftreten können.
• Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen des Anspruches 1. Die Unteransprüche 2-7 stellen vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes dar.
• Die neue Walze zeichnet sich dadurch aus, dass die im mittleren Bereich des Walzenkörpers angeordneten Faserstränge mit der Längsrichtung des Walzenkörpers einen anderen Winkel einschließen, als die in den Endbereichen des Walzenkörpers angeordneten Faserstränge. Durch diese Maßnahme, kann die Biegesteifigkeit des Walzenkörpers an die jeweiligen Bedingungen beim Einsatz des Walzenkörpers angepasst werden. Die Durchbiegung des Walzenkörpers kann in definierter Weise vorgegeben werden. Durch eine entsprechende Anordnung und Ausrichtung der Faserstränge wird die Biegefestigkeit der Walze an ihren einzelnen Abschnitten eingestellt.
• Der Winkel den die einzelnen Faserstränge einnehmen, bewegt sich in einem Bereich von 0° bis 90°, in der besonders bevorzugten Ausführungsform nimmt der Winkel der Faserstränge zur Längsachse von den Enden des Walzenkörpers ausgehend zu dessen Mitte hin stetig zu, so dass er sich stetig vergrößert. Der bevorzugte Winkelbereich liegt jedoch zwischen 30° und 80°.
• Die Faserstränge werden so angelegt, dass sie sich in radialer Richtung des Walzenkörpers gesehen, schichtweise überkreuzen. Dabei werden bevorzugt die Winkel so eingehalten, dass an den Kreuzungsstellen spiegelbildlich gleiche Winkel vorhanden sind.
• Auch auf das Gesamtbild der Walze gesehen, ist es günstig wenn der Walzenkörper bezogen auf die Mitte der Längserstreckung spiegelbildlich ausgestaltet ist. Dies ist günstig für die Einhaltung eines vorgegebenen Biegeradius.
• Um in der Mitte der Walze eine höhere Biegefestigkeit zu erreichen, genügt es die Schichten der Faserstränge in entsprechendem Winkel an die Walze anzulegen. Je kleiner der Winkel der Faserstränge ist, dass heisst um so mehr die Faserstränge zur Längsachse des Walzenkörpers ausgerichtet sind, um so höher liegt der Längsmodul und damit die Biegesteifigkeit in diesem Bereich.
• Neben der winkelmäßigen Ausrichtung der Faserstränge kann die Biegesteifigkeit auch dadurch beeinflusst werden, dass der Walzenkörper in seinem mittleren Bereich eine abweichende Anzahl von Schichten aus Fasersträngen enthält als in seinen Endbereichen. Eine Verstärkung des mittleren Bereiches wird hier dadurch erreicht, dass eine größere Anzahl von Fasersträngen in den Kunststoff der Walze eingebettet werden.
• Möglich ist es schließlich auch den Walzenkörper aus einzelnen aufeinander folgenden Segmenten zu bilden, in denen die darin enthaltenen Faserstränge jeweils einen untereinander übereinstimmenden Winkel mit der Längsrichtung einschließen. Dabei werden die Winkel der Faserstränge so gewählt, dass sie zur Mitte des Walzenkörpers hin einen flacheren Winkel bilden.
• Der neue Walzenkörper erlaubt ein definiertes Durchbiegen während des Betriebes. Durch die erfindungsgemäße Anbringung der Faserstränge können die Elastizitätsmodule sowohl in Längs- als auch in Umfangsrichtung so verteilt werden, dass die lokale Biegekraft an der Walze und damit ihre Ovalisierung sinkt und die Lebensdauer steigt.
• Die eingesetzten Faserstränge sind im Handel erhältlich und werden durch Wickelmaschinen bei der Herstellung des Walzenkörpers aufgebracht. Bevorzugt werden Kohlenstofffasern verarbeitet, möglich ist aber auch der Einsatz von anderen Fasern, beispielsweise von Aramidfasern.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
• Anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.
• Es zeigt:
• Fig. 1 schematisch eine konventionelle Walze mit ihrer Durchbiegung während des Betriebes,
• Fig. 2 die neue Walze in der Seitenansicht im Vergleich, mit einer konventionellen Walze beim Durchbiegen,
• Fig. 3 einen Walzenkörper mit aufgezeichneten Fasersträngen,
• Fig. 4 einen mehrteiligen Walzenkörper mit aufgezeichneten Fasersträngen und
• Fig. 5 einen mehrteiligen Walzenkörper mit aufgezeichneten sich überkreuzenden Fasersträngen.
Ausführung der Erfindung
• In der Fig. 1 ist eine Walze 1 mit einem rohrförmigen Walzenkörper 2 in der Seitenansicht schematisch dargestellt. An den Lagerzapfen 3 sind wie mit den Pfeilen 4 angezeigt, Biegemomente aufgebracht. Die Durchbiegung des Walzenkörpers 2 erfolgt besonders stark in seinen Endbereichen 5, wodurch sie relativ kleine Biegeradien r haben. Im mittleren Bereich 6 des Walzenkörpers 2 ist die Biegung deutlich schwächer und dieser Teil der Walze 1 hat den erheblich größeren Biegeradius R. In Walzenmitte erreicht er ein Maximum.
• In der Fig. 2 ist der neue Walzenkörper 10 ebenfalls nach Aufbringung von Biegemomenten 4 an den Walzenzapfen 3 über dem Walzenkörper 2 nach Fig. 1 eingezeichnet. Der neue Walzenkörper 10 hat über seine gesamte Länge einen etwa gleichen Biegeradius D und das sowohl, in den Endbreichen 5 als auch im mittleren Bereich 6 des Walzenkörpers 10. Die Biegemomente 4 sind sowohl bei der Ausführung nach Fig. 1 als auch nach der Fig. 2 gleich.
• In den Fig. 3 bis 5 werden mögliche Ausführungsformen des Walzenkörpers 10 gezeigt mit denen die gewollte Wirkung erreicht werden kann.
• So zeigt die Fig. 3 einen Walzenköper 10 aus Kunststoff mit den aufgebrachten Fasersträngen 11. Jeweils von den Enden 12 des Walzenkörpers 10 ausgehend zu dessen Mitte 13 hin ist der Winkel α, welchen die Faserstränge 11 in Bezug auf die Längsrichtung 14 des Walzenkörpers 10 bilden verändert und zwar wird der Winkel α von den Enden 12 ausgehend stetig größer. Am Rande der Walze ist eine hohe Steifigkeit notwendig. An den Enden 12 beträgt der Winkel α = 15°, in der Mitte 13 des Walzenkörpers 10 beträgt der Winkel α = 45°. Die Faserstränge 11 sind durch Striche kenntlich gemacht und zwar lediglich eine Schicht der Faserstränge 11. Die unterhalb dieser Schicht liegenden weiteren Faserstränge sind entgegengesetzt ausgerichtet, so dass die Faserstränge 11 sich einander überkreuzen. Die Winkel α sind auf der Oberfläche des Walzenkörpers 10 sichtbar gemacht. Die eingezeichnete Längsrichtung 14 des Walzenkörpers 10 liegt in der Richtung der Walzenachse 15. In der Figur ist die Anbringung der Faserstränge 11 lediglich schematisch dargestellt. Die Faserstränge 11 bestehen aus flachen Faserstreifen die beim Aufbringen auf den Walzenkörper 10 mit ihren Kanten aneinander liegen oder auch sich überlappen können. Der Walzenkörper 10 ist als Hohlzylinder ausgebildet.
• In der Fig. 4 ist ein Walzenkörper 10 gezeigt bei dem die Wicklung der Faserstränge 11 im mittleren Bereich 6 und in den Endbereichen 5 unterschiedlich ausgebildet ist. Dabei haben die Faserstränge 15 der Endbereiche 5 einen anderen Winkel α zur Längsrichtung 14 als die Faserstränge 16 des mittleren Bereiches 6. Ansonsten sind die Winkel α in den einzelnen Bereichen 5 und 6 jeweils gleich. Die unterschiedliche Biegesteifigkeit in den einzelnen Bereichen 5 und 6 kann durch eine sich ändernde Anzahl der Wicklungen noch unterstützt werden, dass heißt, von den Enden 12 des Walzenkörpers 10 ausgehend zur Mitte 13 hin nimmt die Anzahl der Wicklungen zu und zwar sowohl in den Bereichen 5 als auch im mittleren Bereich 6. Dabei ist natürlich darauf zu achten, dass an den Übergängen der Bereiche gleiche Biegefestigkeiten erreicht werden.
• In der Fig. 5 ist das sich Überkreuzen der einzelne Schichten der Faserstränge 15 gezeigt. Ansonsten entspricht die Fig. 5 dem Walzenkörper nach der Fig. 4.

Claims (8)

1. Walze mit einem rohrförmigen Walzenkörper aus Kunststoff in den sich in Umfangsrichtung und in Längsrichtung des Walzenkörpers erstreckende Faserstränge eingebettet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die im mittleren Bereich (6) des Walzenkörpers (10) angeordneten Faserstränge (11) mit der Längsrichtung (14) des Walzenkörpers (10) einen veränderten Winkel (α) einschließen als die in den Endbereichen (5) des Walzenkörpers (10) angeordneten Faserstränge (11), (15), (16).

2. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α) 0° bis 90°, vorzugsweise 30° bis 80°, beträgt.

3. Walze nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, das der Winkel (α) von den Enden (12) des Walzenkörpers (10) zu dessen Mitte (13) hin sich stetig verändert.

4. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Walzenkörper (10) in radialer Richtung aufeinander folgende Schichten von Fasersträngen (11, 15, 16) enthält, die einander überkreuzen.

5. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Walzenkörper (10) bezogen auf die Mitte (13) der Längserstreckung spiegelbildlich gestaltet ist.

6. Walze nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Walzenkörper (10) in seinem mittleren Bereich (6) mehr oder weniger Schichten aus Fasersträngen (11) enthält als in seinen Endbereichen (5).

7. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Walzenkörper (10) in seiner Längsrichtung (14) aufeinanderfolgende Segmente hat in denen die darin enthaltenen Faserstränge (15, 16) jeweils einen untereinander übereinstimmenden Winkel (α) mit der Längsrichtung (14) einschließen.

8. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Walzenkörper (10) von hohlzylindrischer Gestalt ist.