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Die Erfindung betrifft eine Schaberklinge nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Die erfindungsgemäße Schaberklinge dient dazu, die Mantelfläche einer sich drehenden Walze zu beschabern, d. h. von anhaftenden Fasern zu reinigen. Schaberklingen kommen insbesondere in Maschinen zur Herstellung und/oder zur Weiterverarbeitung einer Materialbahn, insbesondere einer Faserstoffbahn, zum Einsatz.
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Aus der
EP 1 754 826 B1 ist ein Schabersystem bekannt, bei der eine Schaberklinge mit ihrer Vorderseite in tribologischen Kontakt mit der Mantelfläche der Walze gebracht wird. Durch den tribologischen Kontakt zwischen Walze und Schaberklinge wird sowohl Material an der Vorderkante der Schaberklinge als auch Material des Walzenbezugs bzw. der Walze abgetragen.
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Um den Verschleiß der Schaberklinge und der Walze so gering wie möglich zu halten, wird dieses Schabersystem (Schaberklinge und Walze) durch eine Mehrkomponenten-Beschichtung geschützt. Trotzdem lässt sich ein gewisser Verschleiß nicht vermeiden. Diese Schabersysteme haben sich in der Praxis bewährt.
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Ein Nachteil dieser Schabersysteme besteht darin, dass sich die Schaberklinge erst einlaufen muss. „Einlaufen“ bedeutet, dass die Kontaktspitze einer neuen Schaberklinge beim Einlaufen (aufgrund des abrasiven Verschleißes) etwas abgetragen wird und sie dadurch die Kontur der Walze annimmt. Während des Einlaufvorgangs ist die Funktion der „neuen“ Schaberklinge noch nicht so gut, wie die einer eingelaufenen Schaberklinge. Daher ändert sich die Qualität einer mit diesem Schabersystem hergestellten Faserstoffbahn während der Betriebsdauer der Schaberklinge. In der Regel verbessert sich die Qualität der Faserstoffbahn mit zunehmendem Einlaufen der Schaberklinge. Dies bedeutet, dass der Anwender die produzierte Faserstoffbahn in verschiedene Chargen unterteilen muss.
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Ein weiteres Problem bei bekannten Schabersystemen ist darin zu sehen, dass die Schaberklinge aufgrund ihrer biegeweichen Struktur und ihrer großen Baulänge zu Schwingungen neigt.
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Diese Schwingungen beeinträchtigen nicht nur die Qualität der Faserstoffbahn, sondern können auch dazu führen, dass sich an der Walze sogenannte Rattermarken (Chatter Marks) bilden. Diese Rattermarken sind unbedingt zu vermeiden, weil sie auf die über die Walze laufenden Faserstoffbahn übertragen werden. Eine Walze, die Rattermarken aufweist, muss überholt oder neu beschichtet werden. Dies führt zu Unterbrechungen der Produktion, was immense Kosten verursacht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaberklinge bereitzustellen, welche diese Nachteile des Standes der Technik vermeidet oder zumindest wesentlich verringert. Insbesondere sollen der Einlaufvorgang einer Schaberklinge mindestens verkürzt und die Schwingungserregung der Schaberklinge reduziert werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Schaberklinge, umfassend eine Kontaktfläche und eine Ablauffläche, wobei zwischen der Kontaktfläche und der Ablauffläche eine Spitze ausgebildet ist, dadurch gelöst, dass die Spitze der Schaberklinge abgerundet ist. Der Radius an der Spitze der Schaberklinge kann relativ klein sein. Schon ein kleiner Radius hat überraschenderweise eine erhebliche Wirkung auf das Schwingungsverhalten der Schaberklinge. Darüber hinaus vermindert oder verhindert er das „Einlaufen“ der Schaberklinge. Volumenschwankungen werden durch einen gleichbleibenden Abtrag der Schaberklinge verhindert.
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Eine wissenschaftliche Erklärung für die erfindungsgemäßen Vorteile lässt sich derzeit noch nicht angeben. Es wird vermutet, dass die Vorteile durch das Zusammenspiel der Oberfläche der Walze, der Kontaktfläche der Schaberklinge und einem möglicherweise Feuchtigkeitsfilm, der sich auf der Walze findet, erreicht werden.
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Es ist auch denkbar, dass anstelle des Feuchtigkeitsfilms die Luft, welche von der rotierenden Walze mitgenommen wird (Stichwort: Newton'sche Haftbedingung) einen Beitrag zur Erzielung der erfindungsgemäßen Vorteile leistet.
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Es wird vermutet, dass der Radius an der Vorderkante bzw. der Spitze der erfindungsgemäßen Schaberklinge gewissermaßen ein hydrostatisches Gleitlager zwischen der Kontaktfläche der Schaberklinge und dem Walzenbezug ausbildet und dass die Dämpfung dieses hydrostatischen Gleitlagers durch den Radius an der Spitze der Schaberkling gefördert bzw. überhaupt erst ermöglicht wird. Eine andere Erklärung könnte sein, dass die Abrundung der Kontaktspitze den eingeschliffenen oder eingelaufenen Zustand teilweise vorwegnimmt.
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Es hat sich jedenfalls bei Versuchen in der Praxis herausgestellt, dass erstens ein Einlaufen der Schaberklinge nicht erforderlich ist. Wegen des Wegfalls einer Einlauf-Phase hat die über die Walze laufende Faserstoffbahn von der ersten Minute an eine konstante, gleichbleibende Qualität hat. In Folge dessen muss die Faserstoffbahn nicht in verschiedene Chargen unterteilt werden.
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Außerdem ist die Neigung zu Schwingungen und demzufolge zu Rattermarken auf der Walze deutlich reduziert. Anders ausgedrückt: Der Betrieb des Schabersystems wird vereinfacht und die Qualität der Faserstoffbahn wird verbessert.
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Es hat sich bei Versuchen herausgestellt, dass der Radius der abgerundeten Spitze in einem Bereich zwischen 0,02 mm und 0,1 mm liegen kann. Als besonders vorteilhaft haben sich Radien mit 0,045 mm, 0,055 mm und 0,065 mm erwiesen.
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Der erfindungsgemäße Radius bzw. die erfindungsgemäße abgerundete Spitze befindet sich zwischen der Kontaktfläche und der Ablauffläche. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Winkel α zwischen der Kontaktfläche und der Ablauffläche größer als 69° und kleiner als 125° ist. Besonders bevorzugt sind Winkel von 81° bzw. 96°.
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Die erfindungsgemäße Schaberklinge weist eine Grundfläche auf und es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Kontaktfläche und die Grundfläche einen Winkel β größer als 3° und kleiner als 15° einschließen. Besonders bevorzugt ist ein Winkel von 5° oder von 6°.
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Des Weiteren hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Grundfläche und die Ablauffläche einen Winkel γ, größer als 70° und kleiner als 110°, einschließen. Besonders bevorzugt sind Winkel γ von 90°, 95°, 100° oder 105°.
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Bezüglich dieser Abmessungen des Radius und der beanspruchten Winkelbereiche gilt auch, dass eine wissenschaftliche Erklärung für die Vorteile dieser Abmessungen und Winkel nach derzeitigem Stand der Untersuchungen nicht geliefert werden kann. Diese Werte haben sich jedoch in empirischen Versuchen als vorteilhaft erwiesen. Die konkreten Winkel sind prozessspezifisch. Der Winkel der Kontaktfläche hängt vom Anlegewinkel des Systems ab. Der Winkel zwischen der Ablauffläche und der Grundfläche wird durch die zu erreichende Qualität bestimmt.
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Um die Betriebsdauer der erfindungsgemäßen Schaberklinge zu erhöhen, ist weiter vorgesehen, dass sie mindestens im Bereich der Ablauffläche mindestens eine Verschleißschutzschicht aufweist. Das bedeutet, es können eine oder mehrere Verschleißschutzschichten übereinander aufgetragen sein. Die Dicke der Verschleißschutzschicht im Bereich der Kontaktfläche ist bevorzugt größer als 0,1 mm. Besonders bevorzugt beträgt sie 0,25 mm oder 0,30 mm.
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Anders ausgedrückt: Die Verschleißschutzschicht ist in der Regel dicker als der Radius an der Vorderspitze der Schaberklinge, so dass der den Radius bildende Teil der Vorderkante, bzw. der Spitze nicht aus dem Grundmaterial der Schaberklinge, sondern aus dem Material der Verschleißschutzschicht besteht wird. Auch das trägt hat möglicherweise zu den Vorteilen der Erfindung bei.
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Als vorteilhafte Materialen haben sich keramische Beschichtungen und/oder Karbid-Beschichtungen erwiesen.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar.
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Zeichnung
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Es zeigen:
- 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Schaberklinge;
- 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Schaberklinge; und
- 3 die Einbausituation einer erfindungsgemäßen Schaberklinge bzw. ein Schabersystem, umfassend eine Walze und eine erfindungsgemäße Schaberklinge.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In der 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaberklinge stark vergrößert (Maßstab etwa 1:100) in einer Seitenansicht dargestellt.
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Die Schaberklinge 1 ist ein langgezogener prismatischer Körper, der eine Kontaktfläche 3, eine Ablauffläche 5 und eine Grundfläche 7 aufweist. An die Kontaktfläche 3 schließt sich nach hinten eine Oberseite 9 an, die in der Regel parallel zur Grundfläche 7 verläuft.
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Weil die Oberseite keinen Kontakt mit einer Walze oder der Faserstoffbahn hat, ist sie für die Funktion der Schaberklinge 1 von untergeordneter Bedeutung. Entsprechendes gilt auch für die Grundfläche 7. Die Grundfläche 7 wird vor allem als Bezugsfläche für verschiedene Winkelangaben die Angabe der Dicke der Schaberklinge verwandt.
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Zwischen der Kontaktfläche 3 und der Ablauffläche 5 ist eine Vorderkante oder Spitze 11 vorhanden. Diese Spitze 11 ist erfindungsgemäß abgerundet und hat einen Radius R, der in einem Bereich zwischen 0,035 mm und 0,075 mm liegen kann.
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Im Betrieb liegt die Kontaktfläche 3 an der Walze an und die Faserstoffbahn läuft über die Ablauffläche. Diese Situation ist stark vereinfacht und nicht maßstäblich in der 3 dargestellt. Die Walze hat das Bezugszeichen 19.
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Ein Winkel α zwischen der Kontaktfläche 3 der Ablauffläche 5 ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 etwa gleich 94°. Der Winkel α kann jedoch variieren. Es haben sich Winkel in einem Bereich zwischen 81° und 96° als geeignet erwiesen.
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Ein Winkel β zwischen der Grundfläche 7 und der Kontaktfläche 3 beträgt in diesem Ausführungsbeispiel etwa 6°. Auch hier kann der Winkel β in einem gewissen Rahmen variieren. Winkel im Bereich zwischen 3° und 15° haben sich als vorteilhaft herausgestellt.
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Ein Winkel γ zwischen der Grundfläche 7 und der Ablauffläche 5 beträgt in diesem Ausführungsbeispiel etwa 100°. Auch dieser Winkel γ kann innerhalb eines gewissen Rahmens variieren. Winkel im Bereich zwischen 88° und 106° haben sich als vorteilhaft herausgestellt.
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Als Dicke der Schaberklinge 1 wird der Abstand zwischen der Grundfläche 7 und der Oberseite 9 bezeichnet. Er kann beispielsweise etwa 1,4 mm betragen.
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An der Oberseite der Schaberklinge 1 ist eine Verschleißschutzschicht 13 aufgebracht. Die Grenze zwischen der Verschleißschutzschicht 13 und dem Grundmaterial der Schaberklinge ist durch eine Linie 15 angedeutet.
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Aus der 1 und der 2 ergibt sich, dass die Dicke der Verschleißschutzschicht 13 nicht konstant sein muss, sondern bei diesen Ausführungsbeispielen mit zunehmendem Abstand von der Spitze 11 abnimmt. Dies ist durch einen Winkel 5 in der 1 angedeutet. Der Winkel 5 kann kleiner 4° sein. Er kann auch gleich null sein.
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Die Dicke des Grundmaterials im Bereich der Ablauffläche ist mit L1 bezeichnet; die Dicke der Verschleißschutzschicht 13 ist mit L2 bezeichnet.
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Es hat sich für die Verschleißschutzschicht 13 eine Dicke größer als 0,1 mm als vorteilhaft erwiesen. In jedem Fall sollte die Dicke der Verschleißschutzschicht 13 größer sein als der Radius R der Rundung an der Spitze 11. Das hat zur Folge, dass die abgerundete Spitze aus dem Material der Verschleißschutzschicht und nicht aus dem Grundmaterial 17 der Schaberklinge 1 besteht. In der Regel sollte das Grundmaterial 17 mindestens 81% der Gesamthöhe der Schaberklinge ausmachen.
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Als besonders vorteilhaft haben sich Dicken der Verschleißschutzschicht 13 im Bereich der Kontaktfläche 3 von 0,2 mm bis 0,3 mm erwiesen.
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Die Dicke L1 des Grundmaterials liegt in einem Bereich zwischen 0,5 Millimetern und 1,5 Millimetern. Bevorzugt ist sie gleich 0,9 mm, 1,0 mm oder 1,2 mm.
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Die Verschleißschutzschicht 13 kann eine keramische Beschichtung oder eine Karbid-Beschichtung umfassen. Sie kann auch aus mehreren Schichten aufgebaut sein und entweder mehrere keramische Schichten oder mehrere Karbid-Schichten umfassen. Auch Kombinationen von keramischen Schichten und Karbid-Schichten sind möglich und können vorteilhaft sein.
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In der 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaberklinge 1 dargestellt. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich bezüglich der verschiedenen Winkel α1, α2 und α3 vom ersten Ausführungsbeispiel. Auch kann der Radius R der Spitze 11 anders gewählt werden.
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Nachfolgend sind die wichtigsten Maße der beiden Ausführungsbeispiele zusammengefasst:
- Ausführungsbeispiel 1 (1)
- R: 0,065 mm
- α: 100°
- β: 6°
- γ: 5°
- L1: 1,1 mm
- L2: 0,23 mm
- Ausführungsbeispiel 2 (2)
- R: 0,045 mm
- α: 95°
- β: 6°
- γ: 9°
- L1: 1,05 mm
- L2: 0,3 mm
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In der 3 ist schematisch und nicht maßstabsgetreu ein Schabersystem, umfassend eine Walze mit einer zylindrischen Oberfläche 21 ausschnittsweise dargestellt. Eine Drehrichtung der Walze 19 ist durch einen Pfeil angedeutet.
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Die Schaberklinge 1 liegt mit der Kontaktfläche 3 auf der zylindrischen Oberfläche 21 der Walze 19 auf. Dabei ist der Normalenvektor auf der Kontaktfläche auf die Drehachse (nicht sichtbar in der 3) der Walze 19 gerichtete Richtung. Dieser Normalenvektor ist in der 3 durch eine Linie 23 angedeutet. Er verläuft im Wesentlichen in radialer Richtung.
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Die Faserstoffbahn, welche oberhalb der Ablauffläche 5 von der Walze 19 abgehoben wird, ist in der 3 nicht dargestellt.
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Bei der erfindungsgemäßen Schaberklinge 1 ist deren Vorderseite, beziehungsweise die Ablauffläche 5, entgegengesetzt zur Drehrichtung der Walze 19 ausgerichtet. Man könnte auch sagen: Die Schaberklinge 1 erstreckt sich in tangentialer Richtung zu einer Oberfläche 21 der Walze.
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Bei dem aus der
EP 1 754 826 B1 bekannten Schabersystem ist die Schaberklinge radial auf ausgerichtet, so dass die Vorderseite der Schaberklinge Kontakt mit der Walze hat und nicht, wie bei der erfindungsgemäßen Schaberklinge, über die Kontaktspitze.
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Durch die Form, Ausbildung und Anordnung der erfindungsgemäßen Schaberklinge 1 ist ein Einlaufen der Schaberklinge nicht erforderlich, d.h. die Schaberklinge 1 bzw. deren Eigenschaften sind von Beginn an konstant, so dass Faserstoffbahnen mit konstanter Qualität hergestellt werden können. Die Schwingungsneigung der erfindungsgemäßen Schaberklinge ist gegenüber herkömmlichen Schabersystemen deutlich reduziert.
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Außerdem ist ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Schaberklinge darin zu sehen, dass einem deutlich geringeren Verschleiß unterliegt. Es ist also gewissermaßen zwischen der Oberfläche 21 und der Kontaktfläche 3 ein hydrostatisches Gleitlager vorhanden, das entweder mit Luft oder einem Feuchtigkeitsfilm auf der Oberfläche 21 der Walze betrieben/aufrechterhalten wird. Dadurch vergrößert sich der Produktionszeitraum bzw. die Produktionsmenge der erfindungsgemäßen Klingen, da bereits nach einer kurzen Einlaufphase in der gewünschten Qualität produziert werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schaberklinge
- 3
- Kontaktfläche
- 5
- Ablauffläche
- 7
- Grundfläche
- 9
- Oberseite
- 11
- Spitze (Abgerundete) Vorderkante
- 13
- Verschleißschutzschicht
- 15
- Linie
- 17
- Grundmaterial der Schaberklinge
- 19
- Walze
- 21
- Zylindrische Oberfläche
- L1
- Dicke des Grundmaterials 17
- L2
- Dicke der Verschleißschutzschicht
- α
- Winkel zwischen Kontaktfläche und Ablauffläche
- β
- Winkel zwischen Grundfläche und Ablauffläche
- γ
- Winkel zwischen Grundfläche und der Grenz-Linie 15
- R
- Radius der Spitze
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1754826 B1 [0003, 0047]
