-
Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist eine Balkenkonstruktion in einer
Papier-, Karton- oder Ausrüstungsmaschine.
Die erfindungsgemäße Balkenkonstruktion
eignet sich für
alle Einsatzstellen, bei denen eine Vorrichtung in Querrichtung
der Papier- bzw. Kartonmaschine so zu stützen ist, dass diese Vorrichtung
möglichst
gerade bleibt. Bevorzugt dient der erfindungsgemäße Balken zum Stützen/Tragen
eines Schabers oder einer Streich-, einer Wasch- oder einer Messvorrichtung.
Besonders bevorzugt umfasst die Balkenkonstruktion einen Balken in
Verbundbauweise mit axial mittig aneinander abgestützten Balkenmänteln.
-
Im
Folgenden werden dem Stand der Technik entsprechende Balkenkonzepte
an Hand von Schaberbalken beschrieben, weil diese zu den häufigsten
Balkenkonzepten gehören
und ihre Konstruktionen auch an anderen Balkeneinsatzstellen zur
Anwendung gebracht worden sind.
-
Früher, als
die Papiermaschinen von geringerer Breite und die Durchbiegungskriterien
weniger streng waren, genügte
ein massiver Schaberbalken aus Stahl oder einem anderen geeigneten
Metall den Anforderungen. Für
solche Balken ist jedoch charakteristisch, dass mit ihnen im Allgemeinen
das in den modernen breiten und schnelllaufenden Papiermaschinen
geforderte Qualitätsniveau
weder in Bezug auf die Durchbiegung noch die Kontrolle eventueller Schwingungen
erreicht wird.
-
So
hat man denn in den 1990er Jahren vorgeschlagen, die Schaberbalken
nicht mehr in Form massiver Metallbalken, sondern zum Beispiel in
Form hohler und starrer kastenträgerartiger
Konstruktionen und möglicherweise
außerdem
aus Verbundwerkstoff herzustellen. Solche Schaberbalken sind in US-5,356,519,
DE-A1-197 13 195 und FI-B-105578 beschrieben.
-
In
der amerikanischen Patentschrift US-5,356,519 ist ein Schaberbalken
beschrieben, der aus einer hohlen Kastenkonstruktion besteht und im
Querschnitt die Form eines regelmäßigen oder unregelmäßigen Polygons
oder einer Ellipse hat. Als Werkstoff wird in der Schrift Faserverbundwerkstoff angegeben.
-
Nach
DE-A1-197 13 195 besteht der tragende Teil des Schaberbalkens aus
einer Anzahl verkoppelter rohrförmiger
Elemente, die aus einem geeigneten Faserverbundwerkstoff hergestellt
sind. Die besagten Elemente können
alle den gleichen oder auch verschiedenen Durchmesser haben. In
der Druckschrift ist auch angegeben, dass nicht nur im Querschnitt
runde, sondern auch etwa dreieckige Rohre verwendet werden können.
-
In
FI-B-105578 wiederum wird eine Balkenkonstruktion vorgestellt, die
im Querschnitt aus einem gekrümmten
und einem geraden Teil besteht. Das gekrümmte Teil ist bevorzugt halbkreisförmig gestaltet
und wird vom geraden Teil zu einem Kastenträger geschlossen. Die Schaberklinge
o. dgl. ist durch passende Vorrichtungen an der Verbindungsstelle
zwischen gekrümmtem
und geradem Teil befestigt.
-
Die
oben angeführten
Balkenkonzepte konnten sich jedoch an den Märkten nicht in breiterem Maße durchsetzen,
teils wohl wegen ihrer komplizierten Konstruktion, die einen unmäßig hohen
Preis des Balkens zur Folge hat, teils wegen der fertigungsmäßig ungünstigen
Querschnittsform, die gleichfalls preiserhöhend wirkt. Außerdem erhöht die komplizierte
Konstruktion das Risiko von Fertigungsfehlern erheblich und eventuell auch
das Auftreten von belastungsbedingten Brüchen während des Betriebs.
-
Da
sich die oben genanten Verbundbalken, abgesehen u.a. von den hohen
Herstellungskosten und den vorgenannten Risiken, im Wesentlichen dennoch
als brauchbar erwiesen haben, wurde in Verbindung mit dieser Erfindung
eine Balkenkonstruktion zu finden versucht, die sich, zum Beispiel
aus Verbundwerkstoff, auf vorteilhafte Weise herstellen lässt und
dennoch die an den Balken zu stellenden Anforderungen erfüllt.
-
Bekanntlich
ist geringe Durchbiegung (zu empfehlen ist ein maximaler Richtwert
von ½ Millimeter
unabhängig
von der Balkenlänge;
zulässig
ist in Balkenmitte in manchen Fällen
sogar eine Durchbiegung von maximal 1 Millimeter) in allen Balkeneinsatzstellen
eine der wichtigsten Eigenschaften des Balkens. Allerdings muss
bei der Konstruktion der Balken speziell im Fall des Schaberbalkens
auch dessen Schwingungsverhalten so berücksichtigt werden, dass bei
traditioneller unterkritischer Bemessung die 1. Eigenfrequenz (so
genannte Bananenform) des Balkens wenigstens um 20 Prozent über der
Anregungsfrequenz der Walze liegt. Bei überkritischer Bemessung läge die Eigenfrequenz
des Balkens dann wenigstens um diesen Betrag unter der Anregungsfrequenz
der Walze. In Verbindung mit dieser Erfindung käme dank der Stirnseiten-Dämpfungselemente
und der Durchbiegungskontrolle durchaus auch überkritische Be messung in Frage, wobei
dann noch kleinere Balkendimensionen erzielt würden.
-
In
dem Bestreben nach möglichst
vorteilhafter Fertigung des Balkens diente als Ausgangspunkt der
Erfindung ein rohrförmiger,
bevorzugt zylindrischer Balken, der zum Beispiel durch Wickeln aus Verbundwerkstoff
hergestellt werden kann. Bei einem rohrförmigen oder zylindrischen Körper lassen
sich sowohl die Schwingungs- wie auch die Biegungseigenschaften
des Balkens auf einfache Weise rechnerisch bestimmen, ohne dass
auf Modellkörper
zurückgegriffen
zu werden braucht.
-
Bei
der rechnerischen Untersuchung des Einsatzes eines zylindrischen
Verbundwerkstoff-Hohlträgers
als Schaberbalken wurde festgestellt, dass die zylindrische Konstruktion
zumindest bezüglich
der Erfüllung
der Eigenfrequenzforderung keine größeren Probleme verursachte,
wogegen sich die Erfüllung
des Biegungskriteriums schwieriger gestalten würde. Die Erfüllung der
Biegungsforderung setzt entweder einen im Durchmesser großen aus Standardfasern
gefertigten Balken oder einen im Durchmesser kleineren, aber aus
Spezialfasern hergestellten Balken voraus. Mit anderen Worten, der preisgünstige,
aus Standardfasern hergestellte Balken hat für viele Einsatzzwecke einen
zu großen Durchmesser.
Der Spezialfaserbalken wiederum ist zwar von geringerer Größe, hat
aber einen viel höheren,
in man chen Fällen
fast doppelt so hohen Preis wie der aus Standardfasern hergestellte
Balken.
-
So
wurde denn mit dieser Erfindung angestrebt, die mit den Balkenfertigungskosten,
dem Balkendurchmesser, der Balkendurchbiegung und der Balken-Eigenschwingungsfrequenz
verbundenen Probleme so zu lösen,
dass als Endergebnis ein für möglichst
viele verschiedene Stütz-/Tragbalken-Einsatzzwecke
möglichst
gut geeigneter Hohlträger
vorliegt, der sowohl preislich als auch dimensionsmäßig den
Forderungen der Märkte
entgegenkommt.
-
Bei
der vorliegenden Erfindung werden, anders als bei der oben bereits
beschriebenen und in der 2 zum Stand der Technik gezeigten
deutschen Lösung,
die zylindrischen Balkenteile ineinander angeordnet, wodurch eine
gewisse Platzeinsparung erzielt wird. Gleichzeitig können aber
die Steifigkeits-/Biegungs- und die Schwingungseigenschaften der
rohrförmigen
Konstruktion voll genutzt werden. Und weiter, da die rechnerischen
Betrachtungen ergaben, dass es äußerst schwierig
ist, eine Durchbiegung des Balken völlig zu vermeiden, ging man
davon aus, Durchbiegung des Balkens zuzulassen, jedoch in einem
Teil des Balkens, das nicht in eigentlichem Kontakt zum Schaber
oder zur Streichvorrichtung oder zur Messvorrichtung steht. Auf
diese Weise kam man zu einem Doppelmantelbalken, bei dem sich die
Mäntel über den
größten Teil
ihrer Länge
in einem radia len gegenseitigen Abstand voneinander befinden. Nach
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung stehen die Mäntel lediglich
im axial mittigen Bereich des Balkens über ein ringförmiges Stütz- oder
Zwischenelement miteinander in Verbindung, sodass sich der Innenmantel
zu biegen vermag, der Außenmantel
jedoch seinen geraden Verlauf beibehalten kann.
-
Zu
den Vorteilen der Erfindung sei u.a. gesagt, dass die erfindungsgemäßen Doppelmantelbalken
- – fertigungskostenmäßig wettbewerbsfähig sind;
- – mühelos die
an ihre Größe und ihre
Schwingungs- und
Durchbiegungseigenschaften gestellten Anforderungen erfüllen;
- – leicht
herzustellen sind, wodurch die Fertigungsfehler minimiert werden
und die Betriebszuverlässigkeit
erhöht
wird;
- – sich
leicht aus mehreren verschiedenen Werkstoffen herstellen lassen,
sodass die Durchbiegungs- und Schwingungseigenschaften der Mäntel besser
eingestellt werden können.
-
Für die in
Papier-, Karton- oder Ausrüstungsmaschinen
einzusetzende erfindungsgemäße Balkenkonstruktion
ist charakteristisch, dass der Balken aus einem Innen- und einem
Außenmantel,
die ineinander angeordnet und über
einen Teil ihrer Länge
aneinander abgestützt
sind, besteht, wobei der eine Mantel an seinen Stirnseiten fest
an der Rahmenkonstruktion der besagten Papier-, Karton- oder Ausrüstungsmaschine
abgestützt
ist und der andere Mantel sich bei Belastung des Balkens biegt während der erstere
Mantel im Wesentlichen seine gerade Form beibehält.
-
Die übrigen charakteristischen
Merkmale der erfindungsgemäßen Balkenkonstruktion
gehen aus den Patentansprüchen
hervor.
-
Im
Folgenden wird die erfindungsgemäße Balkenkonstruktion
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen im Einzelnen beschrieben.
-
Es
zeigen:
-
1 einen
in
US 5,356,519 beschriebenen, dem
Stand der Technik entsprechenden Schaberbalken in Verbundbauweise;
-
2 einen
in der Offenlegungsschrift
DE 197
13 195 beschriebenen, dem Stand der Technik entsprechenden
Schaberbalken in Verbundbauweise;
-
3 einen
in der Patentschrift FI 105578 beschriebenen, dem Stand der Technik
entsprechenden Schaberbalken in Verbundbauweise;
-
4 eine
Doppelmantel-Balkenkonstruktion nach einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung;
-
5 eine
Balkenkonstruktion nach einer anderen vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung in schematischer Darstellung;
-
6 eine
Balkenkonstruktion nach einer dritten vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung in schematischer Darstellung.
-
Das
in 1 gezeigte amerikanische Patent US-5,356,519 hat einen
Schaberbalken zum Gegenstand, der aus einer Hohlkonstruktion besteht,
die im Querschnitt entweder ein regelmäßiges oder unregelmäßiges Polygon
oder eine Ellipse darstellt. Eine wesentliche Eigenschaft des Balkens
besteht darin, dass zumindest ein Teil der Balkenwandungen so konvex
gekrümmt
ist, dass ihr Krümmungsradius
größer als
die Breite des Wandungsteils ist. Außerdem sind die Wandungsteile
durch Eckstücke
aneinander gefügt,
deren Krümmungsradius
kleiner als die Breite der Wandungsteile ist. Als Werkstoff wird
in der Schrift Faserverbundwerkstoff angegeben.
-
Bei
dem in 2 gezeigten Schaberbalken nach DE-A1-197 13 195 besteht
das tragende Teil des Balkens aus einer Anzahl parallel zueinander
angeordneter und an einander gekoppelter rohrförmiger Elemente, die aus einem
zweckmäßigen Faserverbundwerkstoff
hergestellt sind. Wesentlich für
die in besagter Schrift beschriebene Konstruktion ist, dass die
rohrförmigen
Elemente über
ihre gesamte Länge über Berührungslinien
aneinander anliegen. Diese Elemente können alle den gleichen oder
aber unterschiedlichen Durchmesser haben. In der Schrift ist auch
angeführt,
dass neben runden Rohren auch Rohre mit anderem, etwa dreieckigem
Querschnitt in Frage kommen.
-
Die
in 3 gezeigte Balkenkonstruktion nach der Patentschrift
FI-B-105578 besteht im Querschnitt aus einem gekrümmten und
einem geraden Teil. Das gekrümmte
Teil hat im Querschnitt bevorzugt Halbkreisform und wird durch das
gerade Teil zu einem Hohlbalken geschlossen. Die Schaberklinge o.
dgl. ist durch passende Vorrichtungen an der Verbindungsstelle zwischen
gekrümmtem
und geradem Teil befestigt.
-
Die
oben umrissenen Balkenkonstruktionen haben sich in der Praxis jedoch
nicht als besonders brauchbar erwiesen, hauptsächlich wegen der damit verbundenen
komplizierten Fertigungstechnik, die zu einem beachtlich hohen Balkenpreis
führt.
Teilweise bedingt die komplizierte Fertigungstechnik auch das Risiko
von Fertigungsfehlern, das selbst durch sorgfältige Qualitätskontrolle
nicht ausgeschlossen werden kann. Eine der Aufgaben der vorliegenden
Erfindung besteht demzufolge in der Entwicklung einer Balkenkonstruktion,
die in ihrer Fertigungstechnik einfach und damit auch kostengünstig ist
und ein geringeres Fertigungsfehlerrisiko birgt. Gelöst wird
u.a. diese Aufgabe durch Verwirklichung einer Balkenkonstruktion
unter Einsatz zylindrischen, nach einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung in Verbundbauweise ausgeführten Rohres, dessen Fertigung
sich sehr einfach gestaltet und mit nur minimalem Risiko eines Auftretens
z. B. von Fertigungsfehlern behaftet ist.
-
Wie
bereits oben konstatiert, ist der bloße einfache gerade zylindrische
Hohlbalken keine optimale Lösung,
weil er (bei Einsatz herkömmlicher
Fasern) für
die meisten Einsatzzwecke entweder zu voluminös oder (bei Einsatz von Spezialfasern)
unnötig teuer
ist.
-
4 zeigt
schematisch das Doppelmantel-Balkenkonzept
nach einer vorteilhaften Ausführungsform
dieser Erfindung. Die Balkenkonstruktion 50 umfasst im
einfachsten Fall einen zylindrischen Innenmantel 52 und
einen zylindrischen Außenmantel 54,
die im axialen Balkenmittelbereich durch einen besonderen (nicht
dargestellten) Abstandshalter aneinander befestigt sind, und an
den Stirnscheiben 56 des Innenmantels 52 als dessen
Fortsatz befestigte Stangen 58. In 4 deckt
sich die Stange 58 mit der Achse der Balkenkonstruktion,
jedoch kann sie ebenso gut seitlich von der Achslinie des Balkens
angeordnet sein. Bevorzugt liegen die Stangen 58 jedoch im
Wesentlichen in jener durch die Achslinie laufenden Ebene, in der
auch die Durchbiegung des Balkens erfolgt. Die Stangen 58 können im
Querschnitt fast jede beliebige Form haben. Mit anderen Worten, es
kommen dafür
runde achsenartige Stangen, hohle rohrartige Stangen und verschiedenartige
Balken in Frage, um nur einige Querschnittsbeispiele zu nennen.
Die Stangen 58 auf beiden Seiten der Maschine wiederum
sind über
Ansätze 60 am
Maschinenrahmen 62 oder an entsprechenden Tragvorrichtungen befestigt.
Die in Querrichtung in die Maschine einzubauende Vorrichtung (z.B.
Schaber, Streichvorrichtung oder Messvorrichtung) wird entweder
vor oder nach dem Einbau des Balkens 50 an dessen Außenmantel 54 befestigt.
Die einzubauende Vorrichtung kann ein Schaber oder eine Rakelstreichvorrichtung (Blade
coater) sein, dessen/deren Klingenhalter an dem Balken befestigt
wird. Die einzubauende Vorrichtung kann zum Beispiel auch ein die
Papiereigenschaften in Bahnquerrichtung messender, entweder vollbreiter
oder traversierender, d.h. quer verfahrbarer Messkopf sein, wobei
im letztgenannten Fall an den Balken eine Schiene montiert wird,
auf der sich der Messkopf in Maschinenquerrichtung bewegen kann.
Die einzubauende Vorrichtung kann auch aus einer zum Reinigen einer
Walze oder einer Bespannung dienende Waschvorrichtung, zum Beispiel
einem quer beweglichen Hochdruckwaschkopf bestehen, dessen Laufschiene
an dem Balken befestigt ist. Beim Einbauen des Balkens biegt sich
sein Innenmantel 52 entweder allein infolge Schwerkraftwirkung
oder infolge der Wirkung der Schwerkraft und einer auf den Balken
oder die daran befestigte Vorrichtung, wie zum Beispiel den Schaber,
wirkenden Kraft. Auf jeden Fall bleibt der Außenmantel 54, biegt sich
der Innenmantel 52, gerade, weil ja der Zwischenraum zwischen
Innen- und Außenmantel
ein Biegen des Innenmantels 52 erlaubt, ohne dass der Innenmantel
selbst mit seinen Enden, wo die Biegung relativ zum Außenmantel
ja am größten ist,
den Außenmantel 54 berührt. Somit
bleibt also die am Außenmantel
befestigte Schab-, Streich- oder Messvorrichtung trotz der Durchbiegung
des Innenmantels 52 gerade.
-
In 4 sind
weiter als vorteilhafte, aber nicht unbedingte erforderliche zusätzliche
Ausgestaltung die Bewegungsrichtung des Außenmantels 54 festlegende
Vorrichtungen gezeigt. Diese bestehen aus am Außenmantel befindlichen End-
oder Stirnscheiben 64, die natürlich an der Stelle der Stange 58 durchbrochen
sind, aus an diesen befestigten Buchsen 66 oder entsprechenden
sich in Längsrichtung des
Außenmantels 54 erstreckenden
Elementen, aus an den besagten Elementen entweder unmittelbar oder über ein
Zwischenteil 68 befestigten Führungen 70 und mit
diesen zusammenwirkenden, entweder unmittelbar oder über ein
Zwischenteil 72 an den Ansätzen 60 befestigten
Schienen 74. Die Idee dabei ist, dass die Führungen 70 und
die Schienen 74 in der gleichen Richtung verlaufend angeordnet
werden, in der sich der Balken naturgemäß zu biegen trachtet. Natürlich kann über die
Richtungswahl der Führungen
und Schienen gewünschtenfalls
Einfluss auf die Biegerichtung des Balkens genommen werden, d.h.
man kann den Balken zwingen, sich in einer von seiner natürlichen
Biegerichtung abweichenden Richtung zu biegen. Einer der Vorteile
des Einsatzes solcher Führungen
und Schienen besteht darin, dass, ist die Bewegungsrichtung oder
die Biegerichtung des Balkens determiniert, ein Schwingen des Balkens
in einer anderen als der durch die Schienen und Führungen
bestimmten Richtung erheblich erschwert wird.
-
Gemäß einer
vorteilhaften Konstruktionsalternative bestehen die in 4 gezeigten
Vorrichtungen zur Festlegung der Bewegungsrichtung des Balkens aus
zwei in einem gegenseitigen Abstand voneinander an der Stützkonstruktion
befestigten Schienen, zwischen denen sich ein Gleitstück befindet.
Die besagten Schienen können
entweder maschinenrahmenseitig oder aber balkenseitig angeordnet
werden; das Gleiche gilt für
das Gleitstück.
Natürlich
kommen für
diesen Zweck im Rahmen der Erfindung die verschiedenartigsten Führungskonstruktionen
in Frage. So kann zum Beispiel auch entweder maschinenrahmenseitig
oder balkenseitig lediglich eine Schiene und als deren Gegenstück entsprechend
entweder balkenseitig oder maschinenrahmenseitig zwei oder mehr
Rollen angeordnet werden, die im Betrieb beiderseits der Schiene
zu liegen kommen. Bevorzugt werden die be sagten Vorrichtungen im
Wesentlichen in jener durch die Balkenmittelachse laufenden Ebene
angeordnet, in der auch die auf den Balken gerichtet Kraft wirkt,
sodass die in ihnen eventuell auftretende Reibung an dem Balken
keine zusätzliche
Torsion bewirken kann. Natürlich
können
die besagten Vorrichtungen auch beiderseits der Balkenmittelachse
in gleichgroßem
Abstand vom Balken angeordnet werden, womit in der Praxis eine fast
ebenso gute ausgewogene Abstützung
erzielt wird. Als Beispiel sei die weiter unten in Verbindung mit 5 beschriebene
Kolben-Zylinder-Einheit genannt.
-
Zu
den vorgenannten die Verlängerung
des Außenmantels 54 des
Balkens 50 bildenden Buchsen 66 sei gesagt, dass
sie statt rohrartig auch stangenartig oder in Form verschiedenartiger
Profile ausgeführt
sein können,
die im Wesentlichen in Balkenlängsrichtung über die
Stirnseite 64 des Außenmantels
hervorstehen. Somit können
also die Buchsen 66, die wohl besser als Elemente 66 zu
bezeichnen wären,
relativ zu den die Verlängerung
des Innenmantels 52 bildenden Stangen 58 nicht
nur diese umhüllend
angeordnet sein, sondern auch neben diesen in der durch die Balkenmittelachse
laufenden Ebene, in der die auf den Balken wirkende Kraft den Balken 50 biegt,
liegen.
-
5 zeigt
im Prinzip eine der zusätzlichen Ausgestaltung
nach 4 entsprechende Balkenkonstruktion, die zudem
eine vorteilhafte Konstruktionslösung
zur Schwächung
einer eventuellen Schwingungsneigung des Außenmantels 54 enthält. Die
besagte Konstruktion besteht aus entweder direkt oder über das
Zwischenteil 68 zwischen den Buchsen 66 und den
Ansätzen 60 beziehungsweise dem
Maschinenrahmen 62 oder einer entsprechenden Stützkonstruktion
angeordneten Federn 80. Die Federn 80 können zum
Beispiel aus Tellerfedern oder dergleichen bestehen. Diese Federn
verhindern ein freies Bewegen/Schwingen der Enden des Außenmantels 54 in
der von den Führungen
zugelassenen Richtung. Bei der Anordnung der Federn oder dergleichen
ist zu berücksichtigen,
dass diese in Betriebsstellung des Balkens die Enden des Außenmantels
in keine Richtung ziehen oder schieben, sondern lediglich eine Verlagerung
der Balkenenden aus dieser Idealstellung verhindern dürfen.
-
Die
Federn in 5 können auch durch andere Dämpfungselemente – zum Beispiel
durch hydraulische oder Gummidämpfer – ersetzt
werden. Gummidämpfer
wirken im Wesentlichen in der gleichen Weise wie Tellerfedern oder
dergleichen Die hydraulischen Dämpfer
wiederum können
aus einem oder mehreren Hydraulikzylindern pro Balkenende bestehen.
Weiter sind dafür
Druckakkumulator und Rohrleitung erforderlich. Die zur Steuerung
der Bewegungen des Außenmantels 54 und
zur Festlegung seiner Bewegungsrichtung dienenden Vorrichtungen, in
deren Verbindung auch die Dämpfungselemente angeordnet
sind, können
auch aus beiderseits der Buchsen 66 ange ordneten Kolben-Zylinder-Einheiten
bestehen, die auf vielerlei Weise zwischen dem Balkenaußenmantel 54 und
dem Maschinenrahmen bzw. einer sonstigen Stützkonstruktionen eingefügt werden
können.
So kann zum Beispiel die Kolbenstange der Kolben-Zylinder-Einheit
an der Stützkonstruktion
und der hydraulische Dämpfungszylinder über irgendein
Zwischenteil am Balkenaußenmantel oder
bevorzugt an der dessen Fortsatz bildenden Buchse o. dgl. befestigt
werden. Hat dann der im Dämpfungszylinder
befindliche und an der Kolbenstange befestigte Kolben Bohrungen
oder andere Strömungswege
in der erforderlichen Größe, so liefert
die Konstruktion den gewünschten
Dämpfungseffekt
indem Hydraulikmedium über
die Strömungswege
von der einen Zylinderkammer in die auf der entgegengesetzten Seite
des Kolbens befindliche andere Zylinderkammer strömt und dabei
die Bewegung des Balkenaußenmantels
gegenüber
dem Maschinenrahmen bzw. einer anderen Stützkonstruktion bremst. Natürlich können die
besagten den Fluss des Hydraulikmediums bremsenden Strömungswege
im Bedarfsfall auch über
den Zylindermantel oder sogar extern über ein gesondertes Drosselventil
geführt werden.
Solche hydraulischen Dämpfer
gestalten sich, was ihre Inbetriebnahme anbelangt, beträchtlich
vorteilhafter als mechanische Feder- oder Gummikonzepte, weil sie
beim Einbau des Balkens selbsteinstellend ist.
-
Neben
der Dämpfung
der in Biegerichtung erfolgenden Bewegungen können die oben beschriebenen
Kolben- Zylinder-Einheiten
auch zur Steuerung der Bewegungsrichtung der Balkenenden eingesetzt
werden, wobei sich dann besondere Schienen, Führungen und/oder Rollen erübrigen.
-
Die
Steifigkeit der besagten Dämpfer
oder anderen entsprechenden federnden Elemente 80 an beiden
Stirnseiten des Balkens wird gleich der Steifigkeit des den Außenmantel 54 mittig
abstützenden Innenmantels 52 gewählt. Dabei
geben die federnden Elemente dann ebensoviel nach wie sich der Innenmantel
durchbiegt, sodass am Außenmantel praktisch
keinerlei Durchbiegung auftritt.
-
Bisher
war im Zusammenhang mit 4 und 5 lediglich
von der Beweglichkeit der Stirnseitenabstützung des Balkenaußenmantels 54 die
Rede. Anders gesagt, es wurde davon ausgegangen, dass die axialen
oder ansonsten aus den Mantelstirnseiten in Mantellängsrichtung
hervorstehenden Stangen 58 des Innenmantels 52 unbeweglich
an den Rahmenkonstruktionen 62 der Maschine oder an anderen entsprechenden
Stützkonstruktionen
befestigt sind. Dabei ist jedoch klar, dass sich auch die dazu umgekehrte
Konstruktion relativ leicht verwirklichen lässt. Mit anderen Worten, es
kann auch die Abstützung der
Stirnseiten des Innenmantels 52 beweglich und die Abstützung der
Enden des Außenmantels 54 unbeweglich
ausgeführt
werden. Zum Beispiel bei der in 6 gezeigten
Lösung
ist das Ende der aus der Stirnseite 56 des Innenmantels 52 hervorstehenden Stange 58 unbeweglich
an dem Stützkörper 94 befestigt,
der wiederum mittels einer Sondereinrichtung am Maschinenrahmen 62 abgestützt ist.
Diese Sondereinrichtung kann zum Beispiel ein positionsverstellbares
Federpaket, eine hydraulische Stellvorrichtung oder eine herkömmliche
einfache Stellschraube haben, mit dem/der jene Last aufgenommen
wird, die den Balken zu biegen bestrebt ist. Das Federpaket 92 kann
entweder zwischen der Innenmantelstütze 94 und der Anßenmantelstütze 90 oder
direkt zwischen der Innenmantelstütze 94 und dem Maschinenrahmen 62 angeordnet
werden. Auf jeden Fall ermöglicht
man bei dieser Konstruktionslösung
ein Biegen des Innenmantels 52 des Balkens, während der Außenmantel 54 des
Balkens in geradem Zustand an seiner Stelle gehalten wird.
-
Das
erfindungsgemäße Doppelmantel-Balkenkonzept
umfasst also, wie oben beschrieben, einen Innen- und einen Außenmantel,
wobei sich diese Mäntel
mit Ausnahme der axialen Balkenmitte in einem radialen gegenseitigen
Abstand befinden. Dieser Abstand lässt sich, wird der Balken aus
Faserverbundwerkstoff gefertigt, in der Herstellungsphase zum Beispiel
durch Aufwickeln einer Wulst, d.h. eines Stützkörpers auf den Innenmantel in
dessen axialer Mitte bewerkstelligen. Dieses Aufwickeln erfolgt
zwischen zwei in den Stirnseitenbereichen des Innenmantels angeordneten
hülsenartigen
Formen, deren Dicke dem besagten gegenseitigen Abstand der Mäntel und
deren gegenseitiger Abstand der axialen Länge der Wulst im Mittelbereich
des Balkens entspricht. Ist die Wulst hergestellt, wird der Außenmantel
in der gewünschten
Dicke auf die Wulst und die hülsenartigen
Formen aufgewickelt. Werden die Balkenmäntel aus verschiedenem Werkstoff
gefertigt, lässt
sich der Werkstoffwechsel leicht in Verbindung mit der Montage der
hülsenartigen
Formen bewerkstelligen.
-
Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung sind die Balkenmäntel
nicht eigentlich aneinander befestigt, sondern der Innenmantel hat eine
im Wesentlichen in Mantelmitte befindliche Wulst, deren Außendurchmesser
im Wesentlichen dem Innendurchmesser des Außenmantels entspricht, sodass
der Innenmantel in den Außenmantel (oder
der Außenmantel über den
Innenmantel) geschoben werden kann, ohne dass an der Außenfläche des
Außenmantels
die geringste Aufwölbung entsteht.
-
Bei
der Herstellung des erfindungsgemäßen Doppelmantelbalkens kann
der Werkstoff im Prinzip frei gewählt werden, d. h. es kommen
die verschiedenen Metalle, Verbundwerkstoffe und deren Kombinationen
in Frage. Bevorzugt wird der Balken jedoch in Verbundbauweise hergestellt,
wobei als Verstärkung Kohlefasern,
herkömmliche
Glasfasern oder hochfeste so genannte Pechfasern – nach dem
Pitch-Verfahren hergestellte Kohlefasern – eingesetzt werden können.
-
Auch
kann die Herstellung, wenngleich oben das Wickeln des Verbundbalkens
beschrieben ist, eben so gut durch Strangziehen (Pultrusion) erfolgen.
Weiter kann der Balken, auch wenn er im oben Beschriebenen runden
Querschnitt hat, in seinem Querschnitt quadratisch, rechteckig,
polygonal oder elliptisch geformt sein, ja er kann in der Praxis
jede beliebige Querschnittsform haben sofern diese nur den Einsatz
zweier ineinander angeordneter Mäntel in
der oben beschriebenen Weise erlaubt. Mit anderen Worten, die Mäntel müssen sich
zumindest teilweise unabhängig
voneinander biegen können.
-
Außerdem ist
zu beachten, dass das erfindungsgemäße Balkenkonzept auch jene
Konstruktionen deckt, bei denen die Balkenmäntel nicht nur im Längsmittelbereich
des Balkens, sondern an einer anderen Stelle aneinander abgestützt sind.
Mit anderen Worten, die Mäntel
des Balkens können
entweder direkt an den Balkenenden oder an irgendeiner Stelle zwischen
Balkenende und – mitte,
inbegriffen jene Lösungen,
bei denen Abstützung
sowohl an den Balkenenden als auch zwischen den Balkenenden und
der Balkenmitte erfolgt, aneinander abgestützt werden. Die Balkenmäntel können also
auch an mehreren Stellen aneinander abgestützt sein. Weiter kommen auch
Konstruktionslösungen
in Frage, bei denen in der axialen Balkenmitte keine gegenseitige Abstützung der
Mäntel
erfolgt, wohl aber zu den Balkenenden hin und da eventuell an mehreren
in gleichmäßigen Abständen befindlichen
Stellen. Die Möglichkeit
solcher Lösungen
ist gegeben, weil ja die Balkenbelastungskräfte bekannt sind und die Abstützungen
so bemessen werden können,
dass die erforderliche Krümmung
des Innenmantels gewahrt und der Außenmantel gerade bleibt. Zu
einem analogen Ergebnis kommt man freilich auch, wenn man einen der
Mäntel
oder beide Mäntel
so gestaltet, dass sich seine/ihre Steifigkeit in Balkenlängsrichtung ändert.
-
Wie
aus dem Obigen hervorgeht, wurde eine völlig neuartige Doppelmantel-Balkenkonstruktion entwickelt,
mit der sich zahlreiche für
dem Stand der Technik entsprechende Papier-, Karton- oder Ausrüstungsmaschinenbalken
typische Probleme und Mängel
reduzieren oder sogar völlig
eliminieren lassen. Die oben exemplarisch beschriebenen Abstützvarianten
bieten die Möglichkeit,
die Durchbiegung und Biegerichtung von Doppelmantelbalken entsprechend
dem jeweiligen Bedarf zu regulieren und zu steuern. Weiter ist zu
beachten, dass da, wo herkömmliche
Balken lediglich an ihren Enden an den Maschinenkonstruktionen abgestützt sind,
der erfindungsgemäße Balken
(genauer gesagt der Außenmantel
des Balkens) zumindest zwischen seinen Enden abgestützt ist.
Wird der Außenmantel
außerdem an
mehreren Stellen abgestützt,
so ergibt das eine beträchtliche
Aussteifung der Balkenkonstruktion, sodass sich schon mit relativ
kleinen Balken die an sie gestellten Biege- und Schwingungskriterien
erfüllen
lassen. Zu der obigen Beschreibung sei angemerkt, dass in ihr die
Erfindung lediglich an Hand weniger exemplarischer und schematischer
Ausführungsformen
erläutert
worden ist. Es versteht sich somit, dass die Erfindung auch beträchtlich
von der obigen Darstellung abweichen kann, ohne dass der durch die
Patentansprüche
definierte Schutzbereich verlassen wird.