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Die
Erfindung betrifft Elemente für
eine Karde, die nach einer allfälligen
Aufwärmperiode
beim Herstellen von Kardenbändern
bei einen bestimmte Produktion, die gewünschte Oberflächeform
erhalten, die eine über
die Arbeitsbreite der Walze gleiche Distanz zwischen der Garnitur
der Walze und das Gegenelement garantieren.
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Garnierte
Walzen werden im Bereich Spinnereimaschinen an vielen Stellen eingesetzt.
Diese Walzen weisen meistens an der Stirnfläche mindestens zwei Walzeschilde
oder Flanschen auf, in welchen einerseits die Walze drehbar gelagert
ist und welchen anderseits Auflageelemente zur Aufnahme und/oder
Abstützung
von zusätzlichen
Arbeitselementen umfassen können.
Die Arbeitselementen haben gemeinsam, dass sie etwas länger als
die Arbeitsbreite der Walze sind, und links und rechts auf den Auflageelementen
aufliegen, zum Beispiel Segmentbogen, Verdecksegmente oder (flexible-)
Bögen,
die zum Teil auch einstellbar sind.
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Diese
Arbeitselemente kann man in zwei Hauptgruppen einteilen: stationäre Arbeitselemente, die
ortsfest angeordnet werden, zum Beispiel Kardierelemente, Verschalungselemente,
Messer, Roste, oder Leitlelemente, und bewegte Arbeitselemente,
die mit Hilfe eines endlos umlaufenden Bandes, zum Beispiel einer
Kette oder einem Riemen, über die
Auflagefläche
der Auflageelemente gezogen werden, zum Beispiel die Deckel einer
Karde.
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Walzen
in Spinnereimaschinen, insbesondere Putzereimaschinen, zum Beispiel
Reiniger oder Karden, werden neben Verschalungssegmenten auch umgeben
von Messern, Rosten, Kardiersegmenten oder Leitlelementen. Diese
können
die Form von Platten oder Stäben,
eventuell versehen mit einer Garnitur z.B. Sägezahngarnitur. haben und sie haben
immer eine Seite, die gegenüber
der Garnitur der Walze angeordnet ist. Die Distanz zwischen dieser
Seite und der Garnitur der Walze wird möglichst präzise eingestellt. Diese Einstellung
beeinflusst, abhängig
von der Funktion des Elements unter anderem die Kardierqualität und/oder
die Menge der Schmutzausscheidung. Vor allem bei den Kardiersegmenten
erhöht
eine enge Distanz die Kardierqualität der Karde und verringert
die Nissenzahl im Kardenband.
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Eine
optimale Einstellung ist dann erreicht, wenn die gewünschte Distanz
während
des Betriebs über
der ganzen Arbeitsbreite gleich ist. Da diese Einstellungen im Bereich
von Zehntelmillimeter liegen, können
Abweichungen von Hundertstelmillimeter schon einen erhebliche Effekt
auf die Funktion der einzelnen Segmente haben. Ausserdem wird durch die
homogene Belastung der Elemente über
die gesamte Arbeitsbreite die Verschleissdauer verlängert.
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Allerdings
ist diese gewünschte,
feine Einstellung über
der gesamte Breite der Karde schwierig zu erreichen. Die Wärmeausdehnung
und ihr Einfluss auf die verschiedenen Elemente der Karde wird im
einzelnen nachfolgend näher
erläutert.
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Bei
der Inbetriebnahme der Karde, d.h. bei der Produktion vom Kardenband,
durchläuft
die Karde eine Aufwärmperiode.
Die Dauer der Aufwärmperiode
und die erzeugte Aufwärmung
wird durch die Trommeldrehzahl, durch die Produktionshöhe und durch
die gewählten
Einstellungen der Elemente zueinander beeinflusst. Bei niedrigerer
und bei hoher Produktion dauert die Aufwärmzeit in etwa gleich lang;
die erzeugte Wärme
ist jedoch bei hoher Produktion höher. Während diese Aufwärmperiode
dehnen sich die verschiedenen Komponenten wärmebedingt aus. Bei einer Hochleistungskarde
wird mit hoher Produktion gearbeitet, was zu einer zusätzlichen Erwämung führt. Vor
allem enge Einstellungen zwischen Kardierelement, Deckel oder Messer,
und Trommel stellen eine Gefahr dar, weil sich die Elemente berühren können. Zum
Beispiel: ein gewünschter
Kardierspalt zwischen einem Kardierelement, gebildet aus einem Aluminiumprofil
und der Trommel ist bei kalter Einstellung – vor der Inbetriebnahme der
Karde – 0,5
mm. Bei einer Produktion von 150 kg/h ist nach der Aufwärmzeit der
Karde der effektive Spalt nur noch 0,2 mm gross. Diese Verringerung
von 0,3 mm ist zurückzuführen auf
die Wärmeausdehnung
der Trommeloberfläche
und der Kardier-Oberfläche
und der Wärmeausdehnung
der Arbeitselemente, sowie auf die Faser/Metall Reibung, die bei
der Kardenbandproduktion zwischen den Kardierelementen auftritt.
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Aus
WO 79/00983 ist ein Verfahren zum Kontrollieren der Arbeitsbedingungen
in einer Karde mit zwei rotierenden Trommeln bekannt. Unter anderem
wird zum Ausgleich von Erwärmungen
der Abstand zwischen den beiden Trommeln verändert. Diese Veränderung
erfolgt mittels Zylindern, welche derart längenveränderlich ausgebildet sind,
dass sie entsprechend der vorliegenden Temperatur den Abstand der
Achsen der Trommeln verändern
können. In
einem anderen Ausführungsbeispiel
ist anstelle von zwei Trommeln auch eine Karde mit einer Trommel
und einem Wanderdeckelaggregat dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel
(3) wird der Abstand des Wanderdeckelaggregats
von der Achse der Trommel mit einem Zylinder verändert. Die Erfassung der jeweiligen
Temperatur an der Trommel erfolgt mit einem Sensor, welcher die
Veränderung
der Zylinder über
eine Steuerung veranlasst. Nachteilig bei dieser Vorrichtung ist
der große
Aufwand, welcher betrieben werden muss, um das System zu steuern. Es
sind Sensoren sowie Steuereinrichtungen und Stellelemente erforderlich,
welche aufeinander abgestimmt sein müssen, um entsprechend vorher
festgelegter Bedingungen eine Veränderung des Abstandes der Trommel
von dem Wanderdeckelaggregat bzw. den Abstand der beiden Trommeln
voneinander zu bewirken. Ein Ausfall der Steuerelemente bewirkt eine
Fehlproduktion, da der Abstand von Trommel zu Wanderdeckelaggregat
nicht mehr in dem erforderlichen Abstand vorliegt und die Fasern
nicht mehr mit der erforderlichen Genauigkeit kardiert werden können.
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Aus
EP 0 071 166 A1 sind
Vorrichtungen zum Kühlen
der Trommel einer Karde bekannt. Gemäss der Offenbarung dieser Schrift
wird versucht, die Trommel durch Flüssigkeitskanäle, welche
innerhalb der Trommel angeordnet sind, auf einer bestimmten Oberflächentemperatur
zu halten. Damit soll bewirkt werden, dass die Temperatur des Zylinders
während
des Betriebs der Karde im wesentlichen konstant gehalten wird und
somit die Ausdehnung der Trommel in Bezug auf ein Wanderdeckelaggregat
gering ist oder vermieden werden kann. Nachteilig bei einer derartigen
Ausbildung ist es, dass es sehr aufwendig ist, Flüssigkeit
in das Trommelinnere einzuführen.
Es ist hierzu eine Hohlwelle erforderlich, um die Flüssigkeit
in das Trommelinnere zu bringen und wieder daraus zu entfernen.
Ausserdem ist die Temperatur der Flüssigkeit und/oder der Trommel
zu überwachen, um
auf die entsprechende Betriebstemperatur reagieren zu können. Die
dargestellte Lösung des
Problems ist somit ebenfalls sehr kostenintensiv in der Herstellung
sowie im Unterhalt. Aus
EP
0 431 485 B1 und
EP
1 031 650 sind Karden bekannt, bei denen auch eine Lösung der
Wärmeabfuhr
gesucht wird.
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Oben
genannte Lösungen
haben den Nachteil, dass sie entweder nur eine Lösung über die Gesamtbreite anbieten
oder die Wärmeeffekte
nur lindern, wie es beim Kühlen
der Fall ist.
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Durch
das Aufwärmen
entsteht aber nicht nur eine Wärmeausdehnung über der
gesamten Arbeitsbreite der Karde, sondern es entstehen auch Wärmegradienten über die
Ausführungsformen
der verschiedenen Bauteile der Karde. Zum Beispiel kann an der Trommeloberfläche ein
Temperatur von 45°C
entstehen. Ein an der Trommel angeordnetes Festkardiersegment wird
auf der Seite der Trommelgarnitur auch diese Temperatur in etwa
erreichen. Dagegen wird an die Trommel abgewandte Seite des Kardiersegments,
die konstruktionsbedingt (aufgrund der Arbeitsbreite und der Genauigkeit
der Elemente) mehrere Zentimeter hohe Rücken haben, die Temperatur
einen deutlich tieferen Wert erreichen (z. B. 28°C) Die Unterschied in Temperatur über ein
Festkardiersegment kann somit einige Grade Celsius betragen. Wie
gross dieser Temperaturunterschied ist, ist abhängig von der Beschaffenheit
des Segments (Konstruktion, Material), der geleisteten Kardierarbeit (Drehzahl,
Produktion), der Abstands des Elements zu der Walze, und wie die
Wärme,
die entsteht, abgeleitet werden kann. In
EP 1 031 650 wird ein Beispiel gegeben
für eine
Kardenkonstruktion, die die entstehende Wärme besser ableitet.
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Dieser
Wärmegradient
verursacht ein Durchbiegen der Elemente über der Breite der Karde. Durch
diese Durchbiegung entsteht in der Mitte ein engerer Kardierspalt
als aussen. Hierdurch entsteht ein ungleichmässiger Kardierspalt, der sich
nach aussen verbreitet. Dies führt
zu einer verringerten Kardierqualität und/oder einer schlechteren Schmutzausscheidung
und/oder einer schlechteren Nissenauflösung. Ebenfalls kann dies zu „Seitenflug" der Fasern führen. Das
heisst, dass Fasern sich in der Randregionen ansammeln, und/oder
sich sogar absetzen, insbesondere ausserhalb der Arbeitsbreite.
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Diese
Effekte kommen bei einer handelsüblichen
Karde mit einer Arbeitsbreite von 1 Meter weniger zum Ausdruck.
Bei der neuen Generation von Hochleistungskarden ist die Arbeitsbreite
aber grösser
als 1 Meter, zum Beispiel 1,5 Meter. Die Abweichung, die durch die
obengenannte Effekte entstehen, können hier nicht vernachlässigt werden,
sondern sind ein Problem für
die gesamte Kardierqualität der
Karde.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Kardenelemente der Eingangs
beschriebenen Art zu schaffen, die die genannten Nachteile vermeiden,
die insbesondere die Elemente der Karde so gestalten, dass die Wärmeeffekte
nach der Aufwärmperiode
eliminiert sind und konstante Kardierabstände bei einen vorgegebenen
Produktion erreicht werden.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe erfolgt durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs
1. Durch die Gestaltung der Elemente über die Arbeitsbreite der Karde
als Hohlprofile wird nach der Aufwärmphase durch der Temperatureinfluss,
bei einer vorgegebenen Produktion, eine Profilform erreicht, die
einem gerade gefertigten Profil entspricht. Die Elemente die dafür geeignet
sind, sind insbesondere die Walzen, die Deckel der Wanderdeckel
und die stationären
Arbeitselemente, zum Beispiel Messer, Kardiersegmente oder Leitelemente.
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Die
erfinderische Lösung
ist grundsätzlich
an alle die Kardeelemente einsetzbar, die eine Oberfläche aufweisen,
die mit Fasermaterial in Kontakt sind oder kommen. Dies sind sowohl
die Arbeitselementen, zum Beispiel Kardiersegmenten, Messer, Zunge oder
Deckel, wie auch alle Walzen, zum Beispiel Trommelwalze, Abnehmerwalze,
Vorreisserwalze.
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Mit
dem Begriff „hohl" ist gemeint, dass
das Element an der Seite die mit dem Fasermaterial in Kontakt kommen
kann, mindestens in einer Dimension des Elements, über die
Arbeitsbreite der Karde konkav geformt ist, oder anders gesagt das
Element hat einen konkave Bogenform über die Arbeitsbreite der Karde.
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Ein
Beispiel wäre
ein Hohlprofil bei einer Produktion von 60 kg/h und einer Trommeldrehzahl
von 850 min-1. Diese Produktion wird sehr oft eingesetzt für Faserbänder die
für qualitative
hochwertige Garnen bestimmt sind, (z.B. gekämmte Ringspinngarne). Das Hohlprofil
hat in kaltem Zustand einem maximalen Unterschied zwischen Mitte
des Elements und der Stirnseite von beispielsweise 0,2 mm oder anders gesagt:
Das Profil wurde 0,2mm hohl gefertigt. Nach der Aufwärmphase
ist das Element thermostabil oder anders gesagt in ein stationäre Wärmezustand. Durch
die verschiedenen Aufwärmeffekte
hat diese Thermostabilisierung dazu geführt, dass das Element wieder
als eine Gerade geformt ist. Das Hohlprofil ist über die Arbeitsbreite derart
gestaltet, dass der Wärmeeffekt
ausgeglichen wurde, vorzugsweise bei der Produktion von qualitativ
hochwertige Garne.
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Vorzugsweise
sind alle Walzen und Arbeitselemente derart hohlformig konstruiert,
dass sie nach der Aufwärmphase
(wenn der stationäre
Wärmezustand
der Karde erreicht ist) eine gerade Fläche formen. Insbesondere die
Trommel und denen zugeordnete Arbeitselemente sind am meisten geeignet
für diese
erfinderische Konstruktion. An der Trommel werden die engsten Einstellungen
an der Karde gewählt.
Aufgrund der engen Einstellungen und der hohen Umfangsgeschwindigkeit
der Trommel (die höchste
an den Karde) ist dort die Faser/Metall Reibung zwischen Trommel
und Arbeitselementen am höchsten,
was zu der grössten
Wärmeentwicklung an
der Karde führt.
Somit werden dort die Abstände der
Elemente zur Karde am meisten beeinflusst. Je kleiner dieser Abstand
und je präzise
dieser eingestellt und über
der Arbeitsbreite der Karde gehalten werden kann, desto höher ist
die Qualität
des produzierten Kardenbandes bzw. Endprodukt (z.B. Garn).
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Da
Elementen wie Walzen oder Arbeitselementen verschiedene Ausdehnungsformen
und somit verschiede Wärmeausdehnungen
haben, sollte die Korrektur auf eine ideale Produktionsmenge ausgelegt
werden, insbesondere kann die Karde gesamthaft auf eine ideale Produktionsmenge
ausgelegt werden. Insbesondere sollen die zu erwartenden Ausdehnungen
so berücksichtigt
werden, dass keine Kollision zwischen ihnen möglich und dass insbesondere
kein Nachstellen des Abstandes der einzelnen Komponenten zueinander
notwendig ist. Ein Karde nach der beschriebenen Erfindung hat die
einzelnen Elemente derart hohl geformt, dass die Korrektur aller
Elemente ein gleichmässiger
Arbeitsspalt zu Folge hat. Die Erfindung ist aber nicht nur auf
die Karde als solches eingeschränkt,
sie kann insbesondere auch für
einzelne Baugruppen eingesetzt werden.
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An
Hand von den Figuren wird die Erfindung weiter erläutert. Für alle Zeichnungen
werden die gleiche Bezugszeichen verwendet.
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1 Schematische Seitenansicht
eine Karde.
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2A bis 2E Schematische Darstellung der Wärmeeffekte
und die erfinderischen Lösungsansätze, über die
Arbeitsbreite der Karde.
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1 zeigt eine Wanderdeckelkarde,
z. B. die Rieter Karde C60 mit einer Arbeitsbreite von 1,5 Meter,
mit einem Füllschacht 1.
Faserflocken werden durch Transportkanäle (nicht gezeigt) durch die
verschiedenen Putzereiprozessstufen transportiert und schlussendlich
in dem Füllschacht
der Karde zugeführt.
Diese gibt die Faserflocken dann als Watte an die Karde weiter.
Die Speisewalze 3 und Speisemulde 4 zusammen speisen
die Faserflocken zu den Vorreissern 5a, 5b und 5c.
Die Vorreisser öffnen
die Faserflocken und entfernen einen Teil der Schmutzpartikel. Die
letzte Vorreisserwalze 5c übergibt die Fasern an die Kardentrommel 6.
Die Kardentrommel 6 arbeitet mit den Deckeln 7 zusammen
und parallelisiert hierbei die Fasern noch weiter. Nachdem die Fasern
zum Teil mehrere Umläufe
auf der Kardentrommel 6 durchgeführt haben, werden sie von der
Abnehmerwalze 8 von der Kardentrommel 6 abgenommen,
der Quetschwalze 9 zugeführt und schliesslich als Kardenband 10 in
einem Kannenstock in einer Kanne abgelegt (nicht gezeigt).
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Stationäre Arbeitselemente
kann man grundsätzlich
jeder Walze der Karde zuordnen. Insbesondere die Vorreisser
5a,
5b und
5c und
die Trommel
6 sind sehr oft mit Reinigungselementen wie
Messer
18, oder Kardierelemente
17 ausgestattet.
Die genaue Anzahl der Arbeitselemente und deren Folge kann von Karde
zu Karde variieren. Grundsätzlich
jedoch sind die meisten Walzen vollständig abgedeckt, damit keine
Fasern, Schmutz und Staub austreten kann. Bei der Übernahmestelle
von Walze zu Walze findet man eher Leitelemente, oder eine Zunge.
Aber auch bei den Walzen im Füllschacht
können
stationäre
Arbeitselemente angeordnet sein, zum Beispiel offenbart
EP 787841 Reinigungselemente,
die der Auflösestelle
zugeordnet sind.
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Die
Trommel 6 kann in vier Teilgebiete eingeteilt werden. Die
Vorkardierzone 12, die Hauptkardierzone 13, die
Nachkardierzone 14 und die Unterkardierzone 15.
Bei einer Wanderdeckelkarde formen die Wanderdeckel 11 die
Hauptkardierzone 13, während
die Vor-, Nach-, und Unterkardierzone meistens mit stationären Arbeitselementen
ausgestattet sind. Allerdings gibt es auch Karden, die keinen Wanderdeckel
haben, statt dessen befinden sich dann stationäre Arbeitselemente in der Hauptkardierzone.
Diese stationären
Arbeitselemente können
Abdeckelemente oder Verschalungselemente 16, Kardierelemente 17,
Messer eventuell mit einer Absaugungsvorrichtung 18, oder
Leitelemente 19 sein.
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2A bis 2E stellt die Problematik der Wärmeausdehnung
und die erfinderische Lösungsansätze schematisch
dar. Als Beispiel wurde eine Kombination von einem stationären Arbeitselement 20 und eine
Walze 21 gewählt.
Die erfinderische Lösung kann
aber auch bei anderen Kombinationen wie z.B. zwei Walze oder ein
Deckelstab gegenüber
einer Walze angewendet werden.
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In 2A ist der Arbeitsspalt 22 gleichmässig über die
gesamte Arbeitsbreite dargestellt. Die stationäre Arbeitszustand ist die gewünschte Situation.
Um eine Kollision zwischen den beiden Elementen zu vermeiden, wird
dieser Arbeitsspalt sehr oft in der Praxis bei kalter Karde etwas
weiter eingestellt. Nachdem die Karde ihren stationäre Wärmezustand erreicht
hat, wird der Arbeitsspalt auf das gewünschte Mass nachgestellt.
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2B zeigt die Situation nach
der Erwärmung
der Kardenelementen, wobei die Oberfläche der Elementen durch die
Wärmeausdehnung
bombiert (oder bauchig) verformt sind. Die grössten Ausdehnungseffekten befinden
sich in der Mitte der Arbeitsbreite, in der Zeichnung angegeben
mit 23. Dadurch ist hier der Arbeitsspalt erheblich enger
als in der Randbereichen geworden. 2C zeigt
zusätzlich
zu diesen Erwärmungseffekten
die Temperaturunterschiede über
Aussen und Mitte 24.
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Dies
kann, abhängig
von der Beschaffenheit und der Lage der Elemente, sowohl in Richtung
der Arbeitsbreite, wie gezeigt bei der Walze oder radial, wie gezeigt
bei dem Arbeitselement, verlaufen. Bei Arbeitselemente wie Deckelstab
oder stationäre
Arbeitselementen zum Beispiel, kann dies zu einer gesamten Krümmung des
gesamten Elementes führen.
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Ein
erfinderischer Lösungsansatz
ist in 2D wiedergegeben.
Die Arbeitsseite wird genügend
hohl bearbeitet oder gerichtet, so dass nach den Aufwärmphase
der Kardierspalt wieder gleichmässig über die
gesamte Arbeitsbreite ist. Das mass der hohle Bearbeitung 25 entspricht
der zu erwartenden Wärmeausdehnung
bei der angestrebte Produktion. Vorzugsweise werden gegenüberliegende
Elemente derart korrigiert, dass sie gemeinsam den gewünschten
Arbeitsspalt nach der Wärmeausdehnung erzielen,
ohne das eine Notwendigkeit besteht nachzustellen. 2E zeigt ein weitere erfinderische Variante.
Bei diese Variante wird nur einer der beiden Elemente korrigiert,
in Zeichnung z.B. das Arbeitselement, während die gegenüberliegende
Walze nicht korrigiert wird. Nach der Wärmestabilisierung entsteht
so ein Arbeitsspalt, der über
die ganzen Arbeitsbreite konstant ist, obwohl die Form der Spalt
selber nicht gerade ist, wie beschrieben in 2A. Dieser Lösungsansatz hat als den Vorteil,
dass nur ein Teil der Kardenelementen angepasst werden müssen.
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Die
Elementen könne
entweder nur auf der Arbeitsoberfläche bearbeitet werden oder
das Element als Ganzes kann gerichtet werden. Die Bearbeitung kann
während
der Produktion des Elements und/oder in der Nachbearbeitung stattfinden.
Als Arbeitsverfahren eigenen sich zum Beispiel Drehen, Biegen, Fräsen oder
Schleifen. Die Korrektur ist im Allgemeiner grösser als die Fertigungstoleranz,
die bei der Produktion von Kardenelementen normal angehalten werden.
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Die
erfinderische Lösung
ist unabhängig
von der Materialwahl der einzelne Komponenten einsetzbar.
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- 1
- Füllschacht
- 2
- Auflösestelle
- 3
- Speisemulde
- 4
- Speisewalze
- 5
- a,
b, c, Vorreisser
- 6
- Trommel
- 7
- Deckelstab
- 8
- Abnehmerwalze
- 9
- Quetschwalze
- 10
- Faserband
- 11
- Wanderdeckelvorrichtung
- 12
- Vorkardierzone
- 13
- Hauptkardierzone
- 14
- Nachkardierzone
- 15
- Unterkardierzone
- 16
- Abdeckelement
oder Verschalungselement
- 17
- Kardiersegment
- 18
- Messer
mit eventuell eine Absaugungsvorrichtung
- 19
- Leitelement
- 20
- Arbeitselement
- 21
- Walze
- 22
- Kardierspalt
oder Arbeitsspalt
- 23
- Wärmeausdehnung
- 24
- Temperaturgradient
- 25
- Korrektur
- 26
- Form
in kalte Zustand
- 27
- Form
nach Aufwärmphase