DE102006052365A1

DE102006052365A1 - Verstärkter Tambour

Info

Publication number: DE102006052365A1
Application number: DE200610052365
Authority: DE
Inventors: Bernhard Schleidt
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2006-11-07
Filing date: 2006-11-07
Publication date: 2008-05-08

Abstract

Die Erfindung betrifft einen drehbar gelagerten Tambour beziehungsweise ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Tambours. Derartige Tamboure dienen dem Aufwickeln einer laufenden Bahn. Ein solcher Tambour umfasst die folgenden Bauteile: - einen Mantel; - Lagerzapfen an beiden Enden des Mantels. Gemäß der Erfindung wird Folgendes vorgesehen: - Der Mantel ist mit einer faserverstärkten Materialschicht versehen; - die Fasern verlaufen unter einer Neigung zur Umfangsrichtung des Mantels; - die Fasern sind mit dem Mantel fest verbunden.

Description

Die Erfindung betrifft einen drehbar gelagerten Tambour zum Aufwickeln beziehungsweise Führen einer laufenden Bahn. Auf WO 02/00539 A1 wird verwiesen.
Solche Tamboure umfassen einen Mantel, der an ihren beiden Enden einen Lagerzapfen aufweist. Die beiden Lagerzapfen sind in Lagern drehbar gelagert. Auf einen der beiden Lagerzapfen kann ein Antriebsmoment aufgebracht werden.
Tamboure dieser Art werden für zahlreiche Anwendungsfälle in der Papierindustrie eingesetzt. Ein wichtiger Anwendungsfall ist der sogenannte Rollapparat, der am Ende einer Papiermaschine angeordnet ist. Hier wird die laufende Papierbahn auf einen sogenannten Tambour aufgewickelt, der in oben genannter Weise gestaltet ist. Weitere Anwendungsfälle solcher Tamboure sind Rollenschneidmaschinen oder Umrollmaschinen. Auch in der Textilindustrie oder in der Folienverarbeitungsindustrie werden Tamboure der genannten Art benötigt.
Eine moderne Papiermaschine erzeugt eine Papierbahn bei einer Geschwindigkeit von mehreren tausend Metern pro Minute. Die Breite der Papierbahn kann 10 Meter erreichen. Die fertige Papierrolle kann ein Gewicht haben, das nach Tonnen zählt. Der Tambour muss diesem Gewicht standhalten. Die Durchbiegung unter der Last der Papierrolle muss sich in engen Grenzen halten, um die Papierqualität nicht zu beeinträchtigen. Die Anforderungen an den Tambour sind daher sehr hoch.
Der genannte Mantel des Tambour besteht im allgemeinen aus Stahl. Damit die höchstzulässige Durchbiegung beim Aufwickeln einer Papierbahn zufolge des Gewichtes der Papierrolle ein bestimmtes Maß nicht überschreitet, müssen Wandstärke und/oder Durchmesser des Mantels entsprechend bemessen werden.
Entscheidend für die Durchbiegung ist der Durchmesser des Mantels, der das Widerstandsmoment ganz wesentlich bestimmt. Dem Durchmesser sind jedoch aus baulichen Gründen Grenzen gesetzt.
Bei Rollapparaten für Papiermaschinen wird die Papierbahn im allgemeinen auf einen Wickelkern aufgewickelt. Dieser wird zuvor auf den Tambour aufgeschoben. Der Wickelkern besteht im allgemeinen aus Pappe. Es ist bekannt, solche Wickelkerne aus faserverstärktem Kunststoff herzustellen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen drehbar gelagerten Tambour gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 derart zu gestalten, dass sich der Durchmesser wie auch die Wandstärke des Tambours in Grenzen halten lassen, und dass dennoch die Durchbiegung unter Last das zulässige Maß nicht überschreitet.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der selbständigen Ansprüche gelöst.
Der Kerngedanke der Erfindung besteht darin, den Mantel mit einer Materialschicht zu versehen, welche faserverstärkt ist. Die Fasern, zum Beispiel Kohlenstofffasern, sind gegen die Umfangsrichtung des Mantels geneigt, um diese Materialschicht innig mit dem Mantel zu verbinden.
Als Material kommt in erster Linie kohlenstofffaser-verstärktes Polymer in Betracht. Andere Materialien sind denkbar.
Die Materialschicht kann an der Innenfläche des Mantels angebracht werden, aber auch an der Außenfläche. Es ist auch denkbar, die Materialschicht in das Innere des Mantelmaterials einzubetten. Dies lässt sich beispielsweise dadurch verwirklichen, dass der Mantel aus zwei zueinander koaxialen Teilmänteln besteht, und dass die Materialschicht auf die Außenfläche des inneren Teilmantels aufgebracht wird, und der äußere Teilmantel sodann auf den inneren, beschichteten Teilmantel aufgeschrumpft wird.
Das Ergebnis ist in jedem Falle verblüffend. Die Durchbiegung des Tambours lässt sich gegenüber einem konventionellen Tambour mit denselben Abmessungen ganz erheblich verringern. Dies ist besonders wichtig für die sehr nachteiligen Auswirkungen der Durchbiegung im Randbereich. Diese kann nämlich beim Bedrucken der Papierbahn oder bei sonstiger Weiterbehandlung zu Abrissen führen. Weitere negative Auswirkungen sind Falten im Wickelkern oder Glanzstellen bei gestrichenen Papiersorten.
Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:
1 zeigt schematisch einen Tambour mit darauf aufgewickelter Papierrolle.
2 zeigt den Gegenstand von 1 in einem Axialschnitt.
3 zeigt schematisch einen Tambour mit Außenbeschichtung in einem achssenkrechten Schnitt.
4 zeigt einen Tambour mit Außenbeschichtung in einer Seitenansicht.
In 1 sieht man in schematischer Darstellung einen Tambour 1, auf den eine Papierbahn zu einer Rolle 2 aufgewickelt ist. Die auf den Tambour 1 wirkenden Kräfte sind als Kraftvektoren 4 dargestellt.
2 veranschaulicht die Durchbiegung des Tambours 1. Die Tambourachse 5 weicht im Randbereich um ein bestimmtes Maß 6 ab, die sogenannte Randneigung in mm/m.
Die beiden Tabellen veranschaulichen die maßgeblichen Daten von zwei Papiermaschinen vor und nach dem Aufbringen einer erfindungsgemäßen Materialschicht aus Kohlenstofffaser-verstärktem Polymer (CFRP).
Die beiden Tabellen I und II veranschaulichen, wie aufwendig der konventionelle Weg ist, die Durchbiegung zu beeinflussen. Dabei ist insbesondere die Durchbiegung im Randbereich entscheiden, die sogenannte Randneigung.
Tabelle I betrifft einen Tambour, der zunächst einen Durchmesser von 770 mm aufwies, was zu einer Randneigung von 1,7 mm/m führte. Eine Verbesserung der Randneigung auf 0,7 mm/m erforderte eine Vergrößerung des Durchmessers des Tambours auf 1050 mm.
Bei den Maßen handelt es sich um die Durchmesser der Leertamboure, somit ohne Papierwickel.
Gleiches zeigt Tabelle II. Die Randneigung betrug bei einem Durchmesser des Leertambours von 580 mm 1,8 mm/m. Eine Vergrößerung auf 770 mm des Tambour-Durchmessers führte zu einer Randneigung von 0,7 mm/m.
Der Aufwand zum Verringern der Randneigung auf konventionelle Weise ist somit hoch.
Die erfindungsgemäße Materialschicht 8 weist eine Dicke von 5–10 mm auf, und der Mantel 2 samt der Materialschicht 8 eine Dicke von rund 30 mm.
Die erfindungsgemäße Materialschicht 8 könnte auch auf der Innenseite des Mantels 2 aufgetragen sein.
Es ist auch denkbar, den Mantel 2 eines drehbar gelagerten Tambours 1 nicht auf seiner gesamten Länge mit einer erfindungsgemäßen Materialschicht 8 zu versehen. Vielmehr ist es auch möglich, nur die beiden Randbereiche damit auszustatten, oder einen mittleren Bereich, oder einen sonstigen Bereich der Länge des Mantels 2.
4 veranschaulicht schematisch die Anordnung der Kohlenstofffasern 7. Die Fasern sind in Gestalt eines Gewebes oder Geleges in Polymermaterial eingebettet. Sie verlaufen unter einem Winkel von 45° zur Tambourachse 5. Die erfindungsgemäße Materialschicht ist in Gestalt von Streifen auf den Mantel der Tambour 1 aufgewickelt, was aus dieser Figur aber nicht erkennbar ist.
Die Wicklung ist auf Biegesteifigkeit optimiert. Dies bedeutet, dass die Wicklung einen möglichst geringen Winkel zur Tambourachse aufweist und je nach den Betriebsbedingungen in einem Bereich von +– 5 bis 10° liegt. Die Kohlenstofffasern könnten auch anders verlaufen, zum Beispiel in Axialrichtung. Sie sollten jedoch gegen die Umfangsrichtung geneigt sein, somit mit der Umfangsrichtung einen Winkel bilden.
Ganz allgemein soll der Wickelwinkel der Kohlenstofffasern derart gewählt werden, dass die Steifigkeit möglichst vergrößert wird. Der Winkel zwischen der Tambourachse 5 und der Faserrichtung sollte möglichst klein sein. Im Extremfall könnte die Faser parallel zur Tambourachse 5 verlaufen.
Wird die erfindungsgemäße Materialschicht auf der Außenfläche des Tambours 1 aufgebracht, so kann das Material der Schicht derart gewählt werden, dass es gleichzeitig die Funktionen eines Gummibezuges übernimmt. Dies hat den weiteren Vorteil, dass die Außenabmessung des derart versteiften Tambours nicht vergrößert werden müssen.
Ferner kann es vorteilhaft sein, bei der Herstellung der Materialschicht die Kohlenstofffasern mit einer Vorspannung zu versehen, wodurch die Steifigkeit verbessert wird. Auch kann hierdurch eine Zug-Druck-Wechselspannung im Material der Tambour wie auch in der aufgebrachten Schicht verringert oder vermieden werden.
Durch die Erfindung wird in überraschender Weise die Steifigkeit eines drehbar gelagerten Tambours entscheidend erhöht. Damit wird die Durchbiegung des Mantels 2 unter Last verringert. Der erfindungsgemäße Tambour benötigt somit keinen inneren Kern, sondern lediglich den hohlen Tambourmantel. Der Erfolg der Erfindung lässt sich zahlenmäßig angeben. In einem konkreten Falle wurde die Steifigkeit gegenüber einem konventionellen Tambour um 20 bis 40% gesteigert. Auch für Presswalzen kommt die Erfindung in Betracht.
Ein ganz besonderer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass sich bestehende Anlagen nachrüsten lassen. Es brauchen nur die betreffenden Tamboure mit der erfindungsgemäßen Materialschicht versehen zu werden.

1: Tambour
2: Mantel
3: Papierrolle
4: Kraftvektoren
5: Tambourachse
6: Randneigung
7: Kohlenstofffasern
8: erfindungsgemäße Materialschicht

Claims

Drehbar gelagerter Tambour (1) zum Aufwickeln einer laufenden Bahn; mit einem Mantel (2); mit Lagerzapfen an beiden Enden des Mantels (2); gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: – der Mantel (2) ist mit einer faserverstärkten Materialschicht (8) versehen; – die Fasern (7) verlaufen unter einer Neigung zur Umfangsrichtung des Mantels (2); – die Fasern (7) sind mit dem Mantel (2) fest verbunden.
Drehbar gelagerter Tambour (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel in einem Bereich von +– 0 bis 20° vorzugsweise +– 5 bis 10° liegt.
Drehbar gelagerter Tambour (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialschicht (8) aus Kohlenstofffaserverstärktem Polymer (CFRP) besteht.
Drehbar gelagerter Tambour (1) nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialschicht (8) auf die Innenfläche des Mantels (2) aufgebracht ist.
Drehbar gelagerter Tambour (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialschicht (8) auf die Außenfläche des Mantels (2) aufgebracht ist.
Drehbar gelagerter Tambour nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialschicht (8) in das Mantelmaterial eingebettet ist.
Drehbar gelagerter Tambour (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialschicht (8) durch Kleben auf den Mantel (2) aufgebracht ist.
Drehbar gelagerter Tambour (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialschicht (8) in Streifenform auf eine Umfangsfläche des Mantels (2) durch Wickeln aufgebracht ist.
Drehbar gelagerter Tambour (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstofffasern (7) ein Netzwerk miteinander bilden, und dass die Fasern des Netzwerkes einen Winkel von 90° miteinander bilden.
Drehbar gelagerter Tambour (1) nach Anspruch 7 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern zu einem Gelege oder Gewebe gestaltet sind.
Drehbar gelagerter Tambour (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch die Verwendung als Tambour in einer Papiermaschine oder in einer Papier verarbeitenden Maschine.
Verfahren zum Herstellen eines drehbar gelagerten Tambour (1) mit den folgenden Verfahrensschritten: – ein Tambourmantel (2) wird auf seiner inneren oder äußeren Umfangsfläche mit einer Materialschicht (8) versehen, die Kohlenstofffasern (7) enthält; – die Umfangsrichtung der Kohlenstofffasern (7) wird derart angeordnet, dass wenigstens einige der Fasern unter einer Neigung zur Umfangsrichtung des Mantels (2) verlaufen; – die Kohlenstofffasern (7) werden mit dem Mantel (2) der Tambour (1) fest verbunden.