-
Gegenstand
dieser Erfindung ist eine Balkenkonstruktion gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1, die für belastete Komponenten,
womit verschiedene Profile kontrolliert werden, geeignet ist, wie
z. B. ein Tragbalken für Reinigungsschaber. Die Balkenkonstruktion
eignet sich insbesondere als ein Schaberbalken in Applizierungsvorrichtungen,
die in der Papierherstellung verwendet werden. Ein solcher Schaberbalken
wird z. B. zum Tragen und zur Belastung von Schaberklingen und Schaberstäben
in der Papierindustrie verwendet. Die Erfindung eignet sich auch
für Belastungskonstruktionen der Druckwalzenbalken von
Schneidenmaschinen und für Tragbalken einer Stumpfwalze,
das heißt typischerweise für zu belastende und
zu profilierende Balken.
-
Beim
Streichen von Papier und Karton wird eine Strichmischung auf eine
laufende Materialbahn aufgetragen, die zu einer gleichmäßigen
Schicht auf der Oberfläche der Bahn ausgebreitet wird.
Die Strichschicht kann geebnet werden und die Menge der Strichmischung
auf der Oberfläche der Materialbahn kann erwünscht
z. B. mittels einer Schaberklinge oder eines Schaberstabs geregelt
werden. Die zu beschichtende Bahn verläuft in der Streichmaschine zwischen
der Schaberklinge und einer geeigneten Abstützung, gewöhnlicherweise
einer rotierenden Walze. Die Schaberklinge streift die überschüssige Strichmischung
von der Bahn ab und ebnet sie zu einer gleichmäßigen
Schicht auf der Bahnoberfläche. Um eine möglichst
gleichmäßige Strichschicht zu erhalten, sollte
der Spalt zwischen der Bahn und der Schaberklinge über
die gesamte Breite der Bahn möglichst genau von gleicher
Breite sein. Normalerweise wird danach gestrebt, den Schaberbalken
und die Gegenwalze gerade zu halten. Die Kraft zum Anpressen der
Schaberklinge an die Bahn sollte über die ganze Breite
der Klinge groß und konstant sein, um die Strichmischung
auch bei hohen Bahngeschwindigkeiten gleichmäßig
auf die Bahn auftragen zu können. Die Geradheit des Schaberbalkens
sollte mit einer Genauigkeit von ungefähr 0,1 mm konstant verbleiben.
Klingenbelastungen, ungleichmäßige Wärmebelastungen
aufgrund der Umgebung, Belastungen aufgrund des eigenen Balkengewichts
und Winkelveränderungen des Balkens können jedoch bedeutend
größere Biegungen hervorbringen. Die bedeutendeste
größte Belastung ist normalerweise etwa 2–3
kN/m, wobei die Biegung in breiten Maschinen sogar 1,0 mm sein kann,
wenn die Breite der Bahn 8–10 m beträgt.
-
Die
US-Patentschrift Nr. 4,907,528 beschreibt
einen biegungskompensierten Schaberbalken. Hier sind vier Druckorgane
symmetrisch um einen runden Stützbalken herum angeordnet,
die von einem Rohr umgeben sind, das seinerseits an einem quadratischen
Schaberkörper abgestützt ist. Durch Regelung des
Druckes der Druckorgane wird eine Deformation des Schaberbalkens
hervorgebracht, die die Schaberbalkenbiegung kompensiert. Die Balkenkonstruktion
ist kompliziert, wobei sie auch sehr schwer ist. Hierbei vergrößert
das eigene Gewicht des Balkens die Biegung und eine stärkere
Kompensation ist notwendig. Die Form des Balkens kann nicht frei
vom Planer gewählt werden, weil der Schaberkörper
quadratisch sein muss und die Anzahl der Druckorgane immer vier
ist.
-
In
der Patentschrift
GB 2 251 562 ist
ein biegungskompensierter Schaberbalken beschrieben, worin die Temperatur
des Balkens gleichmäßig am Schaberträger
beibehalten wird und durch eine Temperaturänderung des
Balkens an angemessenen Stellen wird die Balkenbiegung mit Hilfe
von Heiz- oder Kühlorganen kompensiert. Die Deformationen des
Balkens werden also dadurch kompensiert, dass Verschiebungen in
entgegengesetzter Richtung mit Hilfe von Temperaturänderungen
hervorgebracht werden. Der Schaberbalken ist im Querschnitt dreieckig
und die Heizorgane sind an den Seiten des Dreiecks angeordnet. In
dieser Lösung können zwei verschiedene Wärmeübertragungskreise
verwendet werden und die Heizung oder die Abkühlung wird
in den Kanälen mit Hilfe von einer strömenden
Flüssigkeit durchgeführt. Mit Hilfe von den zwei
Wärmeübertragungskreisen kann die Temperatur in
den verschiedenen Teilen des Balkens geändert werden. Das
Problem bei dieser Lösung besteht darin, dass die Regelung
langsam ist, weil die zu wärmenden Massen groß sind.
Der eingestellte Wert kann sich auch verändern, wenn die
Umgebungstemperatur sich verändert.
-
Wärmeübertragung
kann auch nur für die Beibehaltung des Einstellwertes der
Balkentemperatur verwendet werden, wobei die Temperaturänderungen
die Geradheit des Schaberbalkens nicht beeinflussen. Die Reaktionsfähigkeit
des Heizungs- oder Abkühlungssystems im Hinblick auf schnelle Temperaturänderungen
ist schwach. Ein langsames Ansprechen auf Temperaturänderungen
ist die Schwäche aller Kompensationsverfahren, die sich auf
Temperaturkontrolle basieren.
-
In
der
US-Patentschrift Nr. 5,269,846 ist
ein biegungskompensierter Schaberbalken beschrieben, wobei sich
innerhalb des Schaberbalkens ein separates Innenrohr befindet, das
sich an den Innenwänden des Schaberbalkens durch Vermittlung
von Luftkissen abstützt. Die Schaberbalkenbiegung wird durch
Druckänderung in den auf verschiedenen Seiten im Innenrohr
befindlichen Luftkissen geändert, wobei eine erwünschte
Bewegung der Klingenkante erreicht wird. In den Kissen kann anstatt
Luft eine Flüssigkeit verwendet werden. Eine ähnliche
Biegungskontrolle ist schnell und deshalb für heutige schnelle
Streichmaschinen gut geeignet. Mit Hilfe des Luftdrucks können
jedoch alle mit der Schaberbalkenbiegung zusammenhängende
Probleme mittels des biegungskompensierten Schaberbalkens nicht
gelöst werden. Heutzutage werden die Schaberbalken gewöhnlicherweise
aus Stahl hergestellt und der Wärmeausdehnungskoeffizient
des Stahles ist hoch, weshalb eine ungleichmäßige
Wärmebelastung große Biegungen im Schaberbalken
hervorbringt. Dies kann in oben beschriebener Weise durch die Verwendung
von wärmeverteilungsausgleichender Flüssigkeitszirkulation
oder Druckluftkompensation kompensiert werden. Das Problem der Druckluftkompensation
besteht jedoch darin, dass die Steifheit des Innenrohres zwangsweise
bedeutend kleiner als die Steifheit des im Querschnitt größeren
Schaberbalkens, der das Innenrohr umschließt, ist. Weil das
Trägheitsmoment der tragenden Konstruktion stark von dem
Abstand der Schnittfläche von der neutralen Achse bzw.
Faser abhängig ist, besteht der belastungstragende Teil
der hohlen Balken- oder Rohr konstruktion aus ihrer Mantelschicht,
und je näher die Mittelachse des Balkens, desto kleiner
ist die Belastungstragfähigkeit des Materials im Querschnitt.
Weil der Mantel des Außenbalkens weiter weg von der Mittelachse
des Balkens liegt, ist dessen Belastungstragfähigkeit hinsichtlich
der Steifheit bedeutend größer als die des im
Querschnitt kleineren Mittelbalkens. Weiterhin ist zu bemerken,
dass der in der Konstruktion außenliegende Schaberbalken
die auf den Balken gerichteten Belastungen zu tragen dimensioniert
ist, weshalb dessen Steifheit von Anfang an groß ist, wie
auch die Wanddicke des Materials.
-
In
einer ähnlichen Situation biegt sich das Innenrohr, wenn
es belastet ist, bedeutend mehr als der Schaberbalken und im Schaberbalken
werden nur kleine Verschiebungen hervorgebracht, obwohl das Innenrohr
sich fest gegen die Innenfläche des Schaberbalkens biegen
würde. Weil die Steifheit des Balkens und die Steifheit
des Innenrohres stark vom Durchmesser ihres Querschnitts bestimmt
werden, kann die Steifheit des Innenrohres nicht wesentlich erhöht
werden, weil es in den Schaberbalken hineinpassen muss. Deshalb
ist der Schaberbalken konstruktiv viel steifer als das Innenrohr,
besonders dann, wenn die Eigensteifheiten ihrer Herstellungsmaterialien
gleichgroß sind.
-
Aufgabe
dieser Erfindung ist es, einen neuartigen Typ einer Balkenkonstruktion
zu schaffen, deren Biegung des Außenmantels besser als
die Biegung der heutigen Schaberbalken kontrolliert werden kann.
-
Aufgabe
dieser Erfindung ist es weiter, einen neuartigen Typ eines Schaberbalkens
zu schaffen, dessen Biegungen aufgrund eigener Masse und eigener
Temperaturänderungen von Anfang an klein sind und dessen
Biegung mit Hilfe von z. B. Druckluftkompensation effektiv kontrolliert
werden kann.
-
Aufgabe
einer Ausführungsform der Erfindung ist es des weiteren,
eine Balkenkonstruktion zu schaffen, dessen Außenmantel
mittels vibrationsdämpfender Elemente vom Innenbalken abgetrennt ist.
-
Aufgabe
einer Ausführungsform der Erfindung ist es eine Balkenkonstruktion
zu schaffen, bei welcher ein Außenmantel vorgesehen ist,
der einen sich in seinem Inneren befindlichen Innenbalken vor Aufheizung
schützt.
-
Aufgabe
einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es, eine
Balkenkonstruktion zu schaffen, die im Verhältnis zu bisherigen,
zu ähnlichem Verwendungszweck verwendeten Balken weniger teure
Konstruktionsmaterialien benötigt.
-
Die
Erfindung beruht darauf, dass vom Balken ein Doppelbalken, der ein
belastungstragendes Innenrohr und am Innenrohr einen Außenmantel
aufweist, gebildet wird.
-
Nach
einer Ausführungsform der Erfindung beruht die Erfindung
darauf, dass die Biegungssteifheit des Innenrohres größer
als die Biegungssteifheit des Außenmantels ist.
-
Bei
einer weiteren Ausführungsform wird der Schaberbalken aus
einem Material hergestellt, dessen Eigensteifheit größer
als die Eigensteifheit des Materials des Innenrohres ist. Die Biegungssteifheit des
Schaberbalkens ist kleiner als die Biegungssteifheit des Innenrohres.
-
Bei
einer Ausführungsform der Erfindung ist der Außenmantel
mittels zumindest eines mit einem strömenden Mittel gefüllten
Druckorgans am Innenrohr abgestützt.
-
Nach
einer Ausführungsform der Erfindung besteht die Balkenkonstruktion
aus einem Schaberbalken, der eine Schaberklinge trägt,
und zumindest ein zwischen dem Innenrohr und dem Außenmantel befindliches
Stützorgan ist derart angeordnet, dass seine Einwirkungsrichtung
auf der über die neutrale Achse des Balkens und die Klingenspitze
verlaufenden Gerade ist.
-
Bei
einer Ausführungsform der Erfindung ist das Innenrohr an
seinen Enden an Endtragorganen steif befestigt und der Außenmantel
ist an seinen Enden im Verhältnis zu der Längsachse
des Balkens in Radialrichtung und in der Drehungsrichtung bewegungslos
befestigt, aber in der Achsenrichtung kann der Außenmantel
frei beweglich oder steif befestigt oder etwas dazwischen sein,
das heißt die Konstruktion ist derart ausgebildet, dass
sie eine Momentenbelastung aufnehmen kann oder etwas Momentbelastung
aufnehmen kann oder dass sie hinsichtlich der Momentbelastung als
eine steife Konstruktion ausgebildet ist.
-
Nach
einer bevorzugten Ausführungsform wird der Schaberbalken
aus faserverstärktem Material, vorzugsweise aus kohlefaserverstärktem
Material, und das Innenrohr aus Stahl hergestellt.
-
Eine
Weise, Vibrationen zu isolieren, ist es, die Transmission einer
Vibration von den äußersten Konstruktionsteilen
in eine Klinge oder z. B. von einer Stumpfwalze zu verhindern.
-
Die
erfindungsgemäße Balkenkonstruktion sowie das
erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung davon
sind genauer dadurch gekennzeichnet, was im kennzeichnenden Teil
der unabhängigen Patentansprüche angegeben ist.
-
Durch
die Erfindung werden erhebliche Vorteile erzielt.
-
Mittels
der Erfindung kann die erwünschte Biegung eines Balkenaußenmantels
leichter als bisher eingestellt werden. Das Außenrohr,
dessen Steifheit geringer als die Steifheit des Innenrohres ist, biegt
sich leicht von dem Innenrohr getragen, und wenn es beweglich an
seinen Enden abgestützt ist, wird kein die Biegung widerstrebendes
Moment von der Abstützung erzeugt. Folglich kann die Biegung des
Außenmantels leicht entweder gerade oder einer bestimmten
Bogenförmigkeit, z. B. der Krümmung der Gegenwalze,
folgend gesteuert werden. Auf diese Weise kann ein konstanter Spalt
zwischen der Klinge und der Gegenwalze z. B. mittels eines Schaberklingenbalkens
erreicht werden und mittels des Schaberträgers ist nur
eine Feineinstellung benötigt, um die Menge der Strichmischung
endgültig einzustellen. Deshalb können die Positionen
des Schaberbalkens und des Schaberträgers direkt auf Basis
der Messung der Strichmenge derart geregelt werden, dass eine erwünschte
Strich- oder eine andere Behandlungsmischungsmenge und ein -Profil
für das herzustellende Produkt erhalten werden.
-
Der
Außenmantel kann am Innenrohr mittels Schläuchen,
die mit Druckluft oder Flüssigkeit gefüllt sind,
oder mittels entsprechender Funktionsgeräte, die mit einem
strömenden Mittel gefüllt sind, abgestützt
werden. Weil der Außenmantel nicht steif ausgebildet sein
muss, werden keine großen Kräfte gebraucht, um
den Außenmantel zu biegen, weshalb die Fläche
der den Mantel tragenden Druckorgane und der Druck klein sein können.
Hieraus ergibt sich der Vorteil, dass ins Innere des Außenmantels
ein im Querschnitt größeres Innenrohr passt, wobei
dessen Steifheit erhöht werden kann und die Konstruktion wird
besser als früher funktionieren. Das Verschiebungsverhältnis
zwischen dem Außenmantel und dem Innenrohr wird dagegen
größer. Die mit einem strömenden Mittel
gefüllten Stützorgane isolieren auch den Außenmantel
von Vibrationen der Umgebung.
-
Der
Außenmantel schützt das Innenrohr vor Hitze und
Umgebungsbelastung. Temperaturänderungskompensation wird
nicht unbedingt benötigt, weil kein Temperaturgradient
des Innenrohres gebildet wird, der das Rohr drehen würde.
Das Innenrohr kann auch aus einem günstigeren Material,
wie z. B. aus Konstruktionsstahl, hergestellt werden, weil es vor
Umgebungsbeeinflussungen geschützt ist. Auch sonst ist
die Konstruktion günstiger als bisherige Konstruktionen,
weil ihr Gewicht um 25% im Hinblick auf einen von entsprechender
Größe heutzutage verwendeten Schaberbalken vermindert
werden kann. Weil der größte Teil hiervon aus
säurefestem oder Duplex-Stahl des Außenmantels
besteht, ist die Einsparung bedeutend. Eine kleinere Gesamtmasse und
insbesondere die kleinere Masse des gedämpften Außenmantels
vermindert die vibrierende Masse.
-
Weil
der Wärmeausdehnungskoeffizient des aus Kohlenfaser hergestellten
Schaberbalkens sehr klein ist, rea giert er nicht auf äußere
Temperaturänderungen und keine Deformationen auf Grund
der Wärmeausdehnung werden signifikant vorkommen. Bei anderen
faserverstärkten Materialien ist Wärmeausdehnung
auch sehr gering. Die Eigensteifheit der Kohlenfaserverbundstoffe
und anderer faserverstärkter Materialien ist groß,
das heißt sie sind sehr steif hinsichtlich ihrer Masse,
weshalb die Biegung der aus diesen Materialien hergestellten Balken
aufgrund eigenes Gewicht klein ist und deshalb leicht zu kompensieren
oder bei der Herstellung des Balkens zu beachten. Die Steifheit
der faserverstärkten Materialien ist jedoch typischerweise
kleiner als die Steifheit des Stahls, weshalb die relative Steifheitsdifferenz des
Schaberbalkens und des Innenrohres kleiner wird und durch Kompensation
werden die größten Verschiebungen im Schaberbalken
hervorgebracht und dadurch auch in der Klingenkante. Folglich ist
die Kompensation effektiver und weniger Kraft wird benötigt.
Da der Schaberbalken im Prinzip nur aus einem Rohr, das im Querschnitt
von spezifischer Form ist, besteht, ist die Herstellung davon aus
faserverstärktem Material relativ leicht.
-
Arbeitskosten
und Material können weiterhin durch Auslassung der Temperaturkompensationskanäle
gespart werden. Bei Bedarf können sie durch einfache Abkühlungskanäle
oder sogar durch Luftblasen vom Ende des Balkens ersetzt werden.
Das Wichtigste ist, dass eine gleichmäßige Temperatur
im Inneren des Balkens herrscht und dass keine Temperaturgradienten
vorkommen. Das Absinken und das Ansteigen der Gesamttemperatur bringen
keine bedeutenden Deformationen hervor und sie geschehen gewöhnlicherweise
langsam und deshalb können sie leicht durch Biegung des
Außenmantels kompensiert werden.
-
Die
Erfindung wird im Folgenden mittels der beigefügten Zeichnungen
näher erläutert.
-
1 zeigt
eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen
Schaberbalkens.
-
2 zeigt
eine erfindungsgemäße Ausführungsform
mit dem Ende des Balkens im Querschnitt.
-
3 zeigt
die erfindungsgemäße Ausführungsform
der 2 mit dem Balken in Richtung der Längsachse
im Längsdurchschnitt.
-
Im
Folgenden wird mit der Steifheit die Fähigkeit eines Teiles
oder der Konstruktion zum Widerstehen gegen Deformation eines Teiles
der Konstruktion umschrieben, wenn sie gemäß der
Erfindung angeordnet ist. Eine größere Steifheit
bedeutet eine kleinere Deformation bei derselben Belastung.
-
Unter
der Radialrichtung des Rohres oder des Balkens wird die Querrichtung
im Verhältnis zur Längsachse des Rohres oder des
Balkens verstanden, die axiale Richtung ist die Richtung der Längsachse
des Balkens oder des Rohres und die Drehrichtung ist die Drehrichtung
quer um die Längsachse herum.
-
Der
Schaberbalken gemäß der Figur ist in der Form
eines abgeschrägten Dreiecks und in seinem Inneren befindet
sich ein Innenrohr
2 von entsprechender Form, das an den
Innenwänden des Außenmantels
1 des Schaberbalkens
durch Vermittlung von Luftkissen
3 abgestützt
ist. Der Träger
4 der Schaberklinge
5 ist
an einer Ecke des Balkens
1 befestigt und an derselben
Ecke ist eine Messeinrichtung
6 zur Messung der Geradheit
des Schaberbalkens angeordnet, welche Messeinrichtung z. B. aus einer
Lasermesseinrichtung bestehen kann. In einem solchen Schaberbalken
kann die Kompensation der Schaberbalkenbiegung durch eine Druckänderung
in den Luftkissen
3 geschehen, wobei der Abstand zwischen
dem Außenmantel
1 des Schaberbalkens und dem Innenrohr
2 auf
der Seite mit einem größeren Druck größer
und auf der Seite mit einem kleineren Druck kleiner wird. Mittels
drei in Dreiecksform angeordneter Regelorgane
3 kann eine
Verschiebung in eine erwünschte Richtung hervorgebracht
werden. Ein entsprechender Typ von Kompensation wird in der
US-Patentschrift 5,269,846 beschrieben,
worin die Funktion der Kompensationsvorrichtung näher erläutert
ist.
-
Die
Erfindung beruht darauf, das der Außenmantel 1 des
Schaberbalkens aus einem Material hergestellt wird, dessen Eigensteifheit
größer als die Eigensteifheit des Materials des
Innenrohres 2 ist. Die absolute Biegungssteifheit ist wiederum
kleiner als die Biegungssteifheit des Innenrohres. Gemäß einer
bevorzugsten Ausführungsform besteht der Außenmantel 1 des
Schaberbalkens aus Kohlefaser und das Innenrohr 2 aus Stahl.
Mit Hilfe der Kohlefaser kann eine Verbundstoffkonstruktion hergestellt werden,
worin durch Faserausrichtung der Wärmeausdehnungskoeffizient
des Verbundstoffes beinahe auf Null geregelt werden kann, das heißt
dass Konstruktionsdeformationen bei Temperaturänderungen im
Vergleich zu Stahl, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient – für
kohlenarmen Stahl – um mehr als das Zehnfache ist, vernachlässigbar
sind. Weil die Kohlefaser sehr steif im Verhältnis zu ihrem
Gewicht ist, ist ihre Eigensteifheit groß. Andererseits
kann die absolute Steifheit der kohlefaserverstärkten Verbundstoffkonstruktion
im Vergleich zu Stahl klein sein, weshalb die Steifheit des aus
Stahl hergestellten Innenrohres sogar größer als
die Steifheit des Außenmantels des Schaberbalkens aus Kohlefaser
sein kann. In diesem Fall bringen die am Innenrohr 2 sich
abstützenden Luftkissen 3 größere
Verschiebungen im Schaberbalken 1 hervor, da das Innenrohr 2 weniger
federt. Andererseits ist der Kompensationsbedarf kleiner, weil der
Außenmantel 1 sich aufgrund seines eige nen Gewicht
wenig biegt und seine Temperaturänderungen klein sind.
-
Bei
der Herstellung des Innenrohrs und des Außenmantels des
Schaberbalkens können auch andere als die oben genannten
Materialien unter Beachtung der oben erwähnten Beschränkungen
verwendet werden. Da das Innenrohr steif genug im Verhältnis
zum Außenmantel sein muss, muss sein Material in erster
Linie aus einem Metall oder einer Metalllegierung bestehen. Neben
Stahl kommen hierbei in erster Linie Aluminiumlegierungen in Frage,
weil die anderen Metalle und Metalllegierungen, z. B. Titanlegierungen,
bedeutend teurer sind. Unter Aluminiumlegierungen werden hier verschiedene
Leichtmetalle und legiertes Aluminium verstanden. Bei der Herstellung
vom Schaberbalken können mehrere faserverstärkte
Materialien verwendet werden. In diesem Zusammenhang muss jedoch
bemerkt werden, dass unter faserverstärktem Material hierbei
ein von Fasern und einem Bindemittel gebildeter Verbundstoff verstanden
und als Materialname der Name des Verstärkungsstoffes verwendet
wird. Es gibt mehrere Bindemittel und Verstärkungsstoffe
und z. B. aus Kohlefaser können Produkte hergestellt werden,
worin Kohlenstoff als Bindemittel zwischen den Fasern ist, wobei
das ganze Stück aus Kohlenstoffmolekülen besteht.
Die typischen Faserverstärkungsstoffe sind Glasfasern,
Kohlenfasern und Aramidfasern. Es ist zu bemerken, dass die Eigenschaften der
Verbundstoffkonstruktion von den Eigenschaften des Verstärkungsstoffes
abweichen.
-
Der
Schaberträger kann am Schaberbalken durch Kleben, Verbolzung
oder durch Ausbildung einer geeigneten Befestigungsform im Schaberbalken, z.
B. eines Schwalbenschwanzschnittes, der Wärmeausdehnung
erlaubt, befestigt werden. Um die Reinhaltung zu erleichtern sollte
der Schaberbalken mit einer leicht zu reinigenden Oberflächenschicht,
z. B. mit einem rostbeständigen Stahlplatte, versehen werden.
-
In
der Ausführungsform der 2 und 3 ist
das Innenrohr 2 kreisförmig im Querschnitt, wie auch
der um das Innenrohr herum angeordnete Außenmantel 1,
der hier aus einem Rohr mit dünneren Wänden und
mit einem größeren Durchmesser im Verhältnis
zum Innenrohr ausgebildet ist. Zwischen dem Innenrohr 2 und
dem Außenmantel 1 befinden sich drei symmetrisch
angeordnete Druckluftschläuche 7, 8, 9,
durch deren Vermittlung der Außenmantel 1 am Innenrohr 2 abgestützt
ist. Mit Hilfe der Druckluftschläuche 7–9 kann
der Außenmantel am Innenrohr 2 abgestützt
gebogen werden. Die Biegungskompensation des erfindungsgemäßen
Balkens mit Hilfe der Druckluftschläuche wird hier nicht
näher beschrieben, weil sie auf diesem Gebiet allgemein
bekannt ist. Biegungskompensationsverfahren sind u. a. in den in
der Einleitung dieser Beschreibung erwähnten Publikationen
beschrieben.
-
Der
dargestellte Balken besteht aus einem Schaberbalken. Die Schaberklinge 5 ist
am Schaberträger 4 befestigt, der seinerseits
am Außenmantel 1 befestigt ist. Somit können
die Position und die Krümmung der Schaberklinge 5 durch
die Biegungs- und Positionsänderung des Außenmantels 1 geändert werden.
-
Das
Innenrohr 2 ist an seinen beiden Enden steif an einem Endflansch 17 befestigt,
der seinerseits steif an Endorganen 10 des Balkens befestigt ist.
Durch die steife Befestigung des Innenrohres 2 wird seine
Biegungssteifheit erhöht, weil die steife Befestigung die
durch die Biegung erzeugte Momentbelastung aufnimmt. Der Endflansch
des Innenrohres 2 erstreckt sich außerhalb seines
Durchmessers und der Außenmantel 1 ist schwebend
daran derart befestigt, dass der Außenmantel 1 sich
in Längsrichtung bewegen kann, aber nicht in Querrichtung
zur Mittelachse oder zur neutralen Achse bzw. Faser des Balkens.
Folglich nimmt die Befestigung des Außenmantels 1 Momentbelastung
kaum auf und erlaubt eine Biegung des Außenmantels. Die
Befestigung des Innenrohres 2 an dem Endflansch kann vorzugsweise
durch Schweißen durchgeführt werden, aber auch
ein anderer Typ von Verbindung, der steif genug ist, ist möglich,
z. B. eine Bolzenverbindung. Um das Anordnen zu erleichtern, kann
in dem Endflansch 17 eine Versenkung für das Ende
des Innenrohres 2 ausgebildet werden. Der Außenmantel 1 kann
in der in dem Endflansch 17 ausgebildeten Aushöhlung oder
Spur angeordnet werden, deren Tiefe eine longitudinale Bewegung
des Außenmantels 1 erlaubt. Der Endflansch 17 und
die Endtragorgane 10 weisen auf zumindest einer Seite Öffnungen 12 auf,
wodurch mittels der Druckluftschläuche genügend
Betriebsdruck erhalten werden kann. Die Anschlüsse der Druckluftschläuche 7–9 sind
mittels eines Deckels 16 geschützt.
-
Die
Endtragorgane 10 weisen Schwenklager 11 auf, woran
der Balken beim Betrieb angeordnet wird. Die Schwenklager 11 sind
an in den Endtragorganen 10 ausgebildeten Aussprüngen
derart angeordnet, dass der Schwenkpunkt der Lager und die Spitze 14 der
Schaberklinge auf derselben Gerade sind. Hierbei dreht sich die
Spitze 14 der Schaberklinge 5 rund um den Schwenkpunkt,
wenn der Balken umgedreht wird. Die Endtragorgane 10 können
auch Aussprünge 13 für die Schwenkzylinder
des Balkens aufweisen, um die oben erwähnte Drehbewegung auszuführen.
Weil der Außenmantel 1 in diesem Balken nicht
aus einem eigentlichen belastungstragenden Organ besteht, können
die Schwenkzylinder an dem Endflansch oder vorzugsweise an den beiden Endflanschen
befestigt werden, um eine symmetrische Kraft hervorzubringen. Die
Schwenkzylinder können auch am Innenrohr befestigt werden,
aber in diesem Fall muss eine Öffnung oder Öffnungen
im Außenmantel ausgebildet werden. Dies ist jedoch die günstigste
Weise.
-
Der
am Innenrohr befestigte Schwenkzylinder beeinflusst auch die Biegung
des Rohres.
-
Der
Außenmantel 1 kann am Innenrohr 2 auf viele
Arten abgestützt werden. Anstatt Druckluft können
mittels hydrostatisches Druckes funktionierende Schläuche
oder Kissen oder sogar mechanische oder piezoelektrische Funktionsgeräte
verwendet werden. Im einfachsten Fall reicht es aus, dass die Stützorgane
nur im Mittelpunkt und nicht über die ganze Länge
des Balkens angeordnet werden. Die Anzahl der Stützorgane
kann wechseln, aber mittels drei oder vier Stützorganen
können schon Verschiebungen in alle Richtungen im Querschnitt
des Balkens hervorgebracht werden. Die Stützorgane können
auch anders als symmetrisch angeordnet werden. Wenn mehrere Stützorgane
verwendet werden, erhöht sich der Preis des Balkens, aber
dies kann in spezifischen Fällen, z. B. hinsichtlich Vibrationsdämpfung,
vorteilhaft sein. Wenn ein oder zwei Stützorgane verwendet
werden, wird die Abstützung zwischen dem Innenrohr und
dem Außenmantel schwächer und die Biegung kann
nicht in alle Richtungen gesteuert werden.
-
Eine
wesentliche Sache bei der Anordnung der Stützorgane ist,
dass eines der den Stützorgane 7–9 derart
angeordnet ist, dass seine Bewegungsrichtung auf der über
den Schwenkpunkt 14 des Balkens (die Spitze der Klinge)
und die neutrale Faser bzw. Achse 15 des Balkens verlaufenden
Gerade ist. Da die Spitze der Scha berklinge 5 auch auf
derselben Gerade ist, kann der Abstand der Spitze der Schaberklinge
von der Gegenwalze oder von einem anderen Gegenorgan mittels eines
Stützorgans 9 geregelt werden. Auf diese Weise
wird der Balken gut zusammen mit dem Schaberträger 4 bei
der Regelung der Funktion der Schaberklinge funktionieren. Das Stützorgan 9 kann
direkt auf der entgegengesetzten Seite des Schaberbalkens 4 hinter
dem Außenmantel 1 oder im Verhältnis
zu der neutralen Achse bzw. Faser des Balkens auf der entgegengesetzten
Seite angeordnet werden. Wenn vier Stützorgane verwendet
werden, können zwei von diesen zwei und zwei in den beiden
Positionen sein.
-
Die
Grundidee der Erfindung besteht darin, dass das belastungstragende
Organ des Balkens aus dem Innenrohr 2 besteht und die Biegung
des das Innenrohr umschließenden Außenmantels 1 kann
am Innenrohr abstützend geregelt werden. Dies wird derart
erreicht, dass die Biegungssteifheit des Innenrohres größer
als die Biegungssteifheit des Außenmantels dimensioniert
wird. Gewöhnlicherweise hat das tragende Organ im Schaberbalken
aus dem Außenmantel bestanden, dessen Wanddicke ungefähr
20 mm betragen hat und worin auch Wasserkanäle zur Wärmeregelung
benötigt worden sind, wobei die Materialdicke der Kanäle
etwa 5 mm betragen hat. Die Wanddicke des zur Biegungskompensation verwendeten
Innenrohres hat ungefähr 25 mm Stahl betragen. Hierbei
sind die Biegungen des Innenrohres groß im Verhältnis zu
den Biegungen des Außenmantels gewesen. Die Erfindung basiert
auf der Idee, dass das belastungstragende Organ aus dem Innenrohr
besteht und die Aufgabe des Außenmantels nur die daran
angeschlossenen Funktionsgeräte abzustützen ist
und die durch diese erzeugte Belastung ins Innenrohr zu steuern.
Mittels der Funktionsgeräte zwischen dem Innenrohr und
dem Außenmantel wird die Biegung des Außenmantels
erwünscht geregelt, z. B. traditionsgemäß gerade
oder derart, dass der Außenmantel oder die daran befestigten
Funktionsgeräte bzw. das daran befestigte Funktionsgerät
die erwünschte Biegung aufweisen/aufweist, womit die richtige
Funktion mittels des Funktionsgerätes erreicht wird. Als
Beispielsfall kann mittels des Schaberklingenbalkens die Schaberklinge
gerade oder der Krümmung der Gegenwalze folgend gesteuert
werden. Folglich wird mit Hilfe der erfindungsgemäßen Lösung
nicht nur nach der Kompensation der Biegung, sondern eher gleichzeitig
nach einer erwünschten Biegung des Außenmantels
gestrebt. Jetzt kann die Wanddicke des Außenmantels sogar
8 mm betragen und Wasserkanäle werden nicht unbedingt benötigt,
weil die Temperatur innerhalb des Außenmantels gleichmäßig
bleibt und biegungserzeugende Temperaturgradienten nicht so leicht
wie in den bisherigen verwendeten Konstruktionen gebildet werden.
Bei Bedarf können Abkühlungskanäle entweder
für Wasserabkühlung oder Luftblasen am Balken
angeordnet werden, aber auch in diesem Fall können die
Wasserkanäle als recht leichte Konstruktionen ausgeführt
werden.
-
Der
Außenmantel kann aus irgendwelchem belastungsbeständigem
und betriebsverhältnisbeständigen Material hergestellt
werden. In der Praxis bestehen die anwendbaren Materialien aus umweltbeständigem
Stahl und aus verschiedenen Verstärkungskunststoffkompositen,
möglicherweise auch Aluminium und Legierungen davon. Das
Innenrohr sollte vorzugsweise aus Konstruktionsstahl hergestellt
werden, um eine gute Steifheit und einen günstigen Preis
zu erreichen. Die Erfindung an sich beschränkt sich auf
kein spezifisches Konstruktionsmaterial, wenn die Konstruktion mit
den ausgewählten Materialien nur gemäß den
Patentansprüchen dimensioniert werden kann.
-
Im
oben genannten Beispiel besteht der Querschnitt des Außenmantels
und des Innenrohres aus einem Kreis. Dies ist in bekannter Weise
herstellungstechnisch eine bevorzugte Ausführungsform und
fertiges Konstruktionshalbzeug ist leicht erhältlich. Die
Form des Balkens kann an sich irgendwelche sein, z. B. ein Dreieck,
Quadrat oder Vieleck, und das Innenrohr und das Außenrohr
können von verschiedenen Formen sein. Die beiden können
einheitliche Rohre oder aus Teilen zusammengesetzte Schalenkonstruktionen
sein.
-
Die
Erfindung eignet sich insbesondere als ein Schaberbalken beim Streichen
von Papier und Karton. Er kann auch sonst recht gut in irgendwelchem
Objekt der Papier- und Kartonindustrie verwendet werden, wo die
Geradheit oder eine kontrollierte Biegung des Balkens erfordert
ist. Solche Objekte sind u. Ä. Applizierungsbalken einer
Florstreichvorrichtung, Düsenbalken einer Sprühstreichvorrichtung u. Ä.,
sowie außer der zur Applizierung verwendeten Schabern z.
B. in verschiedenen Objekten angeordnete Reinigungsschaber. Die
Erfindung eignet sich auch für Belastungskonstruktionen
der Druckwalzenbalken von Schneidenmaschinen und für Tragbalken einer
Stumpfwalze, das heißt typischerweise für zu belastende
und zu profilierende Balken.
-
Die
Anzahl der Kompensationsorgane kann größer als
drei sein, z. B. in einem quadratischen Schaberbalken müssen
vier Kompensationsorgane verwendet werden. In diesen Organen kann
als wirksames Medium irgendein strömendes Medium verwendet
werden, das heißt Gas oder Flüssigkeit. Häufig
ist es jedoch vorteilhaft, Druckluft zu verwenden, weil es in der
Fabrik leicht erhältlich ist. Hydrostatischer Druck ist
auch häufig erhältlich. Die Form des Außenmantels
des Schaberbalkens und des Innenrohres kann verschieden sein, beispielsweise
kann der Schaberbalken quadratisch und das Innenrohr kreisförmig
im Querschnitt sein. Anstatt der Schaberklinge kann mittels des
Schaberbalkens ein Schaberstab getragen werden.
-
Auf
Basis der oben dargestellten Ausführungsformen ist es selbstverständlich,
dass im Rahmen der Erfindung zahlreiche von den oben beschriebenen
Ausführungsformen abweichende Lösungen verwirklicht
werden können. Die Absicht ist also nicht, die Erfindung
nur auf die oben dargestellten Ausführungsformen zu beschränken,
sondern der Patentschutz muss im vollen Umfang der anliegenden Patentansprüche
betrachtet werden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - US 4907528 [0003]
- - GB 2251562 [0004]
- - US 5269846 [0006, 0034]