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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Mantel für eine Breitstreckwalze, im Einzelnen gemäß dem Anspruch 1 sowie eine solche Breitstreckwalze, im Einzelnen gemäß dem Anspruch 15.
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Breitstreckwalzen werden in Maschinen zur Herstellung und/oder Behandlung einer Faserstoffbahn eingesetzt. Im bestimmungsgemäßen Gebrauch derartiger Maschinen kommen Breitstreckwalzen z.B. zur Papierherstellung einerseits mit der fertigen Papierbahn wenigstens mittelbar in Kontakt, beispielsweise in Streichaggregaten, in denen die Papierbahn gestrichen wird oder im Bereich der Aufwicklung, in der die fertige Papierbahn zu Tambouren gewickelt wird. Andererseits können Breitstreckwalzen auch im Bereich der Formierpartie wenigstens mittelbar in Kontakt mit Bespannungen der Maschine, wie Formiersieben kommen. In jedem Fall sind derartige Breitstreckwalzen im Betrieb der Maschine durch den Kontakt einer hohen Reibung und daher Abrasion unterworfen. In der Formierpartie kommt zu der hohen Reibung noch die feuchte Umgebung bedingt durch die Fasersuspension hinzu.
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Eine gattungsgemäße Breitstreckwalze weist eine Mehrzahl von auf einem Walzenkern aufeinanderfolgend angeordneten und auf dieser Achse drehbar gelagerten zylindrischen Aussenbuchsen (auch Segmente genannt) auf. Die Aussenbuchsen sind dabei untereinander berührungsfrei im Abstand – bevorzugt im gleichen Abstand – zueinander angeordnet. Sie sind unabhängig voneinander auf dem Walzenkern gelagert. Der Walzenkern weist eine Walzenachse auf. Sie entspricht dessen Längsachse. Über die äußeren Zylindermantelflächen der einzelnen Aussenbuchsen ist ein einziger, zusammenhängender Mantel gezogen. Es ist der Mantel, der wie oben beschrieben bei bestimmungsgemäßem Gebrauch der Breitstreckwalze mit einer Papierbahn in Kontakt kommt. Dazu umschlingt die Papierbahn bzw. die Bespannung die Breitstreckwalze wenigstens teilweise in Umfangsrichtung dieser gesehen. Ferner sind Breitstreckwalzen bekannt, welche bananenförmig, d.h. mit senkrecht zur Längsachse der Walze gebogenem Walzenkern ausgebildet sind. Der Mantel folgt dann im Wesentlichen der Außen Kontur des Walzenkerns, verläuft also ebenfalls gebogen.
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Mit Breitstreckwalze im Sinne der Erfindung ist die eingangs genannte, gattungsgemäße Breitstreckwalze gemeint.
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Unter einer Faserstoffbahn im Sinne der Erfindung ist ein Gelege bzw. Gewirre von Fasern, wie Holzfasern, Kunststofffasern, Glasfasern, Kohlenstofffasern, Zusatzstoffen, Additiven oder dergleichen zu verstehen. So kann die Faserstoffbahn beispielsweise als Papier-, Karton- oder Tissuebahn ausgebildet sein. Sie kann im Wesentlichen Holzfasern umfassen, wobei geringe Mengen anderer Fasern oder auch Zusatzstoffe und Additive vorhanden sein können. Dies bleibt je nach Einsatzfall dem Fachmann überlassen.
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Unter einem Mantel im Sinne der Erfindung ist ein in Umfangsrichtung um dessen Längsachse in sich – nach Art einer Schlaufe – geschlossenes Band gemeint. An seinen axialen Enden ist der Mantel – in Breitenrichtung entlang der Längsachse gesehen – offen. Damit kann der Mantel über eines seiner axialen Enden über einen Walzenkern (bzw. dessen Segmente) der Breitstreckwalze gezogen werden. In einem solchen Fall liegt dann die Innenfläche (radial innerste Außenfläche) des Mantels auf der (radial äußersten) Außenfläche der Segmente wenigstens mittelbar auf. Wenigstens mittelbar beinhaltet die Alternativen mittelbar (durch weitere Mittel) und unmittelbar (direkt).
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Der Mantel kann teilweise oder vollständig aus einem Polymer hergestellt sein. Als Polymer kann dabei ein gießbares, aushärtbares, bevorzugt elastomeres Polymer, auch Gießelastomer genannt, wie Polyurethan eingesetzt werden.
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Mit Polymerschicht ist eine Schicht gemeint, die ein solches gießbares, aushärtbares, bevorzugt elastomeres Polymer umfasst oder vollständig daraus hergestellt ist. Bevorzugt kann die Polymerschicht eine einteilig durch Urformen hergestellte, ausgehärtete Schicht sein. Anders ausgedrückt ist diese monolithisch urgeformt, also durch z.B. Gießen hergestellt. Der Begriff einteilig schließt auch Fälle ein, in denen die eine Schicht wiederum beim Gießen des Polymers aus mehreren Lagen gleichen Materials hergestellt wurde. Dies jedoch nur insoweit wie diese Lagen nach dem Aushärten im Wesentlichen nicht mehr sichtbar sind, sondern sich eine einzige, bevorzugt einheitliche Schicht ergibt. Selbiges gilt entsprechend für den fertigen Mantel.
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Bei Vorsehen mehrerer Polymerschichten können diese in Radialrichtung gesehen übereinander angeordnet sein. Bevorzugt sind genau eine, zwei oder drei Polymerschichten als Funktionsschichten vorgesehen. Diese können hinsichtlich ihres Polymers identisch ausgeführt sein. Bei Vorsehen von mehreren Polymerschichten kann die radial innere (bzw. innerste) Polymerschicht – in Radialrichtung um die Längsachse des Mantels gemessen – etwa eine Dicke von etwa 5 mm aufweisen. Die radial äußere (bzw. äußerste) Polymerschicht kann eine entsprechende Dicke von etwa 10 bis 20 mm aufweisen. Mit dem Begriff etwa ist eine Abweichung von bis zu +/–20 % des genannten Werts gemeint.
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Wenn gemäß der Erfindung von Dicke gesprochen wird, dann ist stets der (räumlich gesehen kleinste) Betrag des Durchmessers der Außenkontur in einem Querschnitt durch die Längsachse des Ausgangsmaterials bzw. dessen Fasern gemeint. Bei einer kreisrunden Außenkontur – in diesem Schnitt gesehen – ist die Dicke gleich dem Durchmesser der Außenkontur. Bei einer von der Kreisform abweichenden Außenkontur, ebenfalls in dem Schnitt gesehen, entspricht die Dicke dann dem Durchmesser des Inkreises oder Umkreises.
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Unter dem Begriff Liniengebilde wird ein linienförmiges Gebilde wie z. B. Faden oder Zwirn verstanden. Mit Faden ist ein linienförmiges, langes und dünnes Gebilde aus einer oder mehreren Fasern gemeint. Unter Zwirn wird ein linienförmiges Gebilde verstanden, das aus mehreren zusammengedrehten Fäden hergestellt ist. Das Liniengebilde kann aus mehreren, umeinander verdrillten Fasern nach Art eines Seils hergestellt sein. Die genannten Definitionen werden dabei unabhängig von dem verwendeten Material und der Dicke verwendet. Damit ist gemeint, dass z.B. ein vergleichsweise dicker metallischer Faden eben als Faden und nicht wie fachüblich als Draht bezeichnet wird.
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Als Flächengebilde im Sinne der vorliegenden Erfindung gelten flächenförmige – bevorzugt textile – Gebilde wie z. B. Gewebe, Gewirke, Gestricke oder Geflechte – wie nachfolgend noch ausgeführt wird nicht jedoch Gelege – die aus linienförmigen Gebilden hergestellt sind. Das Flächengebilde kann ein Band sein. Auch hier werden die genannten Definitionen unabhängig von dem verwendeten Material und der Dicke verwendet.
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Die Definition, wonach das Ausgangsmaterial endlos ausgebildet ist, bedeutet, dass die Dicke des Ausgangsmaterials bzw. dessen Fasern oder Fäden deutlich geringer ist als dessen entsprechende Gesamtlänge. Anders ausgedrückt beträgt ein Quotient aus Länge (L) zu Dicke (d), also L/d > 100 bevorzugt > 1.000, bzw. > 10.000 bzw. > 100.000. Das Ausgangsmaterial kann so ausgebildet sein, dass dessen Dicke nur einen Bruchteil der Dicke der fertigen Polymerschicht umfasst.
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Wenn in der vorliegenden Erfindung von der Breite des Ausgangsmaterials die Rede ist, soweit vorhanden, ist die jeweils senkrecht zur Richtung der Dicke verlaufende räumliche Dimension gemeint. Bei Flächengebilden ist dann die Dicke deutlich kleiner als die Breite und die Breite des Ausgangsmaterials wiederum deutlich kleiner als dessen Länge.
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Unter Ausgangsmaterial wird jenes Material oder Halbzeug verstanden, mittels dem die Verstärkungsstruktur des erfindungsgemäßen fertigen Mantels hergestellt wird. Im Falle von – insbesondere textilen – Flächengebilden kann das Ausgangsmaterial, also Rohmaterial, ein Band, insbesondere endloses Band sein, dessen Breite bedeutend geringer ist als die Breite des Mantels. Bevorzugt ist die Länge so bemessen, dass die (einzige) Verstärkungsstruktur über die gesamte Breite des Mantels kontinuierlich also in einem Zug – ohne Unterbrechung, bevorzugt in einem einzigen Wickeldurchgang – hergestellt werden kann. Das Ausgangsmaterial kann z.B. in Form von – bevorzugt bandförmiger – Rollenware vorliegen, und der Länge nach von einer Rolle abgespult werden. Das als Ausgangsmaterial dienende erfindungsgemäße textile Flächengebilde kann dabei selbst einlagig oder mehrlagig sein. Die Breite des Ausgangsmaterials kann z.B. zwischen 5 und 30 cm betragen. Das Ausgangsmaterial bzw. dessen Fäden können aus einem Polymer hergestellt sein. Selbstverständlich sind auch andere Materialien wie Stahl oder Edelstahl denkbar. Das Ausgangsmaterial als Rohmaterial kann bevorzugt in seinem Zustand vor dem Aufbringen auf den Wickeldorn – also im aufgerollten Zustand – frei von dem Polymer, das die zumindest eine fertige Polymerschicht bildet, sein. Das bedeutet, dass es erst damit in Kontakt kommen kommt, wenn gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren das Ausgangsmaterial auf den Wickeldorn aufgebracht wird – oder kurz davor.
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Ein fertiger Mantel im Sinne der Erfindung ist ein solcher, dessen wenigstens eine Polymerschicht ausgehärtet und abschließend bearbeitet, also für den eingangs genannten Zweck z.B. zum Aufziehen auf die Breitstreckwalze oder für die Papierproduktion einsatzbereit ist. Analog ist mit fertiger Polymerschicht eine Schicht gemeint, die ausgehärtet ist.
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Mit dem Begriff Verstärkungsstruktur im Sinne der Erfindung ist eine Verstärkung der wenigstens einen, das Polymer enthaltenden oder aus diesem bestehenden Schicht – also der Polymerschicht – gemeint. Dabei kann die Verstärkungsstruktur vollständig in die Polymerschicht eingebettet sein, sodass die Verstärkungsstruktur nicht über die Begrenzung der Polymerschicht hinausgeht. Anders ausgedrückt übernimmt die Polymerschicht die Rolle einer Matrix, welche die Verstärkungsstruktur umgibt und infolge von Adhäsions- oder Kohäsionskräften an die Matrix bindet.
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Mit dem Begriff einzige Verstärkungsstruktur ist gemeint, dass das Linien- und/oder Flächengebilde die einzige Verstärkung – der zumindest einen Polymerschicht, aller Polymerschichten und bevorzugt des gesamten, fertigen Mantels selbst – ist. Das bedeutet, dass genau eine Verstärkungsstruktur aus Liniengebilde, Flächengebilde oder einer Kombination dieser beiden vorgesehen ist und sonst keine weitere Verstärkungsstruktur im Sinne der Erfindung. Anders ausgedrückt ist die zumindest eine Polymerschicht, alle Polymerschichten und bevorzugt der gesamte Mantel frei von weiteren (zusätzlichen) Verstärkungsstrukturen, wie Liniengebilden und/oder Flächengebilden und bevorzugt frei von Gelegen.
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Unter Gelege wird dabei ein Flächengebilde verstanden, das aus einer oder mehreren Lagen von parallel verlaufenden Fäden besteht, die an ihren Kreuzungspunkten nicht stoff-, reib- oder formschlüssig fixiert sind. Ein solches Gelege ist nach dem Legen selbst nicht tragfähig, d.h. dass es bei Verlagerung die ihm verliehene Form verliert. Damit es seine Form beibehält, müssen die aufeinander gelegten Fäden zwangsweise gehalten werden, z.B. in einer Polymerschicht eingebettet.
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Eine einzige Verstärkungsstruktur kann auch vorliegen, wenn als Ausgangsmaterial ein mehrlagiges, z.B. textiles Flächengebilde verwendet wird, dass zu der erfindungsgemäßen Verstärkungsstruktur gewickelt wird. In diesem Fall folgen die mehreren Lagen stets ein und derselben Wendel. Die Wendel selbst ist dann, jedenfalls in Wickelrichtung gesehen, mehrlagig. Eine solche Anordnung kann dadurch erreicht werden, dass mehreren Lagen des Ausgangsmaterials beim Herstellen des Mantels ohne Verbindung aufeinander angeordnet oder durch Vernähen, Verkleben, Verweben oder Laminieren miteinander verbunden sind. Alternativ oder zusätzlich können auch mehrere Wicklungsdurchgänge vorgesehen werden. Unter einem Wickeldurchgang wird der Schritt der unterbrechungsfreien Aufbringung aller Wendeln aus dem Ausgangsmaterial über die gesamte axiale Länge des Mantels, also von einem axialen Ende zum anderen axialen Ende in einem einzigen Zug verstanden. Bei mehreren Wicklungsdurchgängen ergeben sich somit mehrere, in Radialrichtung übereinander angeordnete Wendeln, die nunmehr konzentrisch zu einander verlaufen. Von der Definition der einzigen Verstärkungsstruktur sind jedoch nicht Füllstoffe oder Partikel wie Einzel- oder Kurzfasern oder Verunreinigungen, die in der Polymerschicht eingebettet sind und auch eine Verstärkung herbeiführen, mitumfasst. Diese können also durchaus in der Polymerschicht enthalten sein können, ohne dass sie im Sinne der Erfindung zu der (einzigen) Verstärkungsstruktur zählen.
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Unter Wickelsinn wird die Richtung der Aufbringung der Wendeln, also die Wickelrichtung des Ausgangsmaterials zur Herstellung des fertigen Mantels um die Längsachse des Wickeldorns bzw. um die Längsachse des fertigen Mantels verstanden. Das Ausgangsmaterial kann bei der Herstellung des Mantels der Länge nach von einer Rolle abgespult und auf den wenigstens einen Wickeldorn, auf dem der Mantel hergestellt wird, in Längsachsenrichtung des Wickeldorns fortschreitend aufgebracht werden. Die sich so ergebenden Wendeln – zumindest jene aufeinanderfolgende Wendeln ein- und desselben Wickeldurchgangs, also direkt benachbarte Wendeln – sind also aus mathematischer Sicht eine zusammenhängende, unterbrechungsfreie Kurve. Diese Kurve windet sich bevorzugt mit konstanter Steigung um einen Mantel eines gedachten Zylinders, der konzentrisch zu dem fertigen Mantels, also dessen radial äußerster Oberfläche bzw. dessen Längsachse über die gesamte Breite des fertigen Mantels – folglich von dessen einem zu dessen anderem axialen Ende – verläuft. Dabei können alle Wendeln eines Wickeldurchgangs bzw. der gesamten Verstärkungsstruktur denselben Wickelsinn aufweisen, also lediglich links- oder rechtsgängig sein. Bei mehreren Wickeldurchgängen kann jedoch der Wickelsinn von Wickeldurchgang zu Wickeldurchgang variieren. Die Steigung kann allgemein derart gewählt sein, dass sich das der Länge nach abgespulte Ausgangsmaterial in Breitenrichtung, also an dessen Breitenrändern überlappt. Die Steigung entspricht dabei dem Abstand derselben Breitenränder bzw. gemeinsamen Breitenrands aufeinanderfolgender, also im Wickelsinn gesehen direkt benachbarter Wendeln, so z.B. immer die linken Breitenränder untereinander, jedenfalls im Wickelsinn gesehen. Die Steigung entspricht somit dem sogenannten Wickelvorschub, also der Verfahrgeschwindigkeit der Gießdüse relativ zum Wickeldorn entlang dessen Längsachse während der Drehung des Wickeldorns, z.B. gemessen in mm/Umdrehung. Je kleiner die Steigung dabei ist, desto größer ist die Zugfestigkeit des gesamten Mantels (in dessen Umfangs- bzw. Breitenrichtung gesehen), desto dicker wird dieser jedoch auch in Radialrichtung.
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Mit lose aufeinander aufliegenden, einander überlappenden Breitenbändern ist gemeint, dass – zumindest beim Wickeln bzw. in dem fertigen Mantel – diese abgesehen von der Polymerschicht, in welche sie eingebettet sind, frei von einer kraft-, stoff- und/oder formschlüssigen Verbindung untereinander sind. Dies gilt auch für in unterschiedlichen Wickeldurchgängen hergestellte, aneinander angrenzende Wendeln. Das bedeutet, dass die Wendeln beim Auflegen auf den Wickeldorn in das noch nicht ausgehärtete Polymer nicht anderweitig miteinander verbunden werden. Die Fasern des Ausgangsmaterials, also des zur Herstellung des Mantels benötigten Rohmaterials selbst können selbstverständlich kraft-, stoff- und/oder formschlüssigen Verbindung untereinander verbunden sein.
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Als Gewebe oder Gewebeband wird ein aus Kett- und Schussfäden gewebtes textiles Flächengebilde verstanden. Kett- und Schussfäden überkreuzen sich dabei. Das Gewebe kann dabei ein einziges oder mehrere unterschiedliche, bevorzugt mehrere in ihren mechanischen Eigenschaften unterschiedliche Fadensysteme umfassen. Aber es ist auch denkbar, dass solche Gewebe eingesetzt werden, bei denen die Fäden von Kette und Schuss aus dem gleichen Material hergestellt sind.
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Unter dem Begriff Maschenware werden solche textilen Flächengebilde verstanden, bei denen eine mittels Faden gebildete Schleife in eine andere Schleife hineingeschlungen ist. Maschenware kann also ein Gestrick oder Gewirk sein. Gestricke können beispielweise durch Stricken oder Häkeln erhalten werden, wobei jede Maschenreihe aus einem einzigen Faden Masche für Masche gebildet wird. Gestricke bestehen aus ein oder mehreren Fadensystemen. Dabei greift eine Schlinge in die Schlinge der vorangehenden Maschenreihe. Beim Gewirk hingegen werden mindestens zwei Fadensysteme verwendet und die Maschen einer Maschenreihe gleichzeitig ausgebildet. Die Fadensysteme können unterschiedliche mechanische Eigenschaften wie eine unterschiedliche mechanische Festigkeit Elastizitätsmodul oder Bruchdehnung aufweisen. Alternativ können die Fäden der unterschiedlichen Fadensysteme aber auch identisch ausgeführt sein, also aus dem gleichen Material hergestellt sein. Im Sinne der vorliegenden Erfindung soll jedoch unter dem Begriff Maschenware bzw. Gewirk, insbesondere Kettengewirk, auch jener Gegenstand aus mehreren zu einander parallel verlaufenden Längsfäden, auf die nach Art eines Geleges meanderförmig ein Querfaden abgelegt ist und an den Kreuzpunkten von Längsfäden und Querfaden beide kraft-, stoff- und/oder formschlüssig miteinander gefügt sind, verstanden werden. Ein solches Fügen kann auch mittels eines Fadens selbst vorgenommen werden. Ein solches Erzeugnis ist für sich gesehen selbstständig tragfähig, d.h. die vorgegebene Form zerfällt durch moderate äußere Einwirkung nicht.
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Das Ausgangsmaterial bzw. dessen Fasern können derart ausgewählt sein, dass diese einen Elastizitätsmodul von 170.000 bis 250.000 N/mm2, bevorzugt von 180.000 bis 210.000 N/mm2 aufweisen.
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Im Wesentlichen in Längs- oder in Breitenrichtung soll so verstanden werden, dass auch beidseits Abweichungen gegenüber der entsprechenden Richtung um 45° möglich sind.
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Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Verstärkungsstruktur zur Einbettung in wenigstens eine Polymerschicht eines Mantels. Dabei ist die Verstärkungsstruktur aus einem Ausgangsmaterial durch eine Mehrzahl von Wendeln entlang der Längsachse des Mantels gebildet. Das Ausgangsmaterial ist ein erfindungsgemäßes Linien- und/oder Flächengebilde.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung auch eine eingangs genannte Maschine bzw. deren Bauteile wie eine Wicklungsvorrichtung, eine Formierpartie oder ein Streichaggregat, in der das erfindungsgemäße Bauteil, also der Mantel und/oder die Breitstreckwalze verbaut ist/sind.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ohne Einschränkung der Allgemeinheit näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine stark schematisierte teilgeschnittene Ansicht auf eine erfindungsgemäße Breitstreckwalze;
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2 eine stark schematisierte Darstellung einer Vorrichtung zur Herstellung des erfindungsgemäßen Mantels;
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3 eine schematische teilweise und vergrößerte Teildarstellung eines Ausführungsbeispiels für ein Ausgangsmaterial der Verstärkungsstruktur eines erfindungsgemäßen Mantels in einen Querschnitt durch dessen Längsachse gesehen;
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4a eine schematische teilweise und vergrößerte Teildarstellung eines Ausführungsbeispiels für ein Ausgangsmaterial der Verstärkungsstruktur eines erfindungsgemäßen Mantels in einen Querschnitt durch dessen Längsachse gesehen;
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4b und 4c eine schematische Darstellung zweier Ausführungsformen des Ausgangsmaterial in einer Draufsicht auf diese.
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In 1 ist in einer stark schematisierten, teilgeschnittenen Ansicht eine erfindungsgemäße Breitstreckwalze 7 gezeigt. Diese Darstellung ist unmaßstäblich. Die Breitstreckwalze 7 weist einen gekrümmten Walzenkern 7.2 auf. Die Krümmung ist übertrieben dargestellt. Vorliegend folgt der Walzenkern 7.2 der Krümmung seiner Walzenachse 7.1. Letztere ist konzentrisch zu dem Walzenkern 7.2 und in der gewählten Ansicht um eine Lotrechte zur Zeichenebene gekrümmt. Die Breitstreckwalze 7 kann derart ausgeführt sein, dass sie krümmbar ist, also im bestimmungsgemäßem Gebrauch zwischen eine gekrümmte und eine ungekrümmte Stellung verbracht werden kann.
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Auf dem Walzenkern 7.2 ist eine Mehrzahl von zylindrischen Aussenbuchsen 7.3 angeordnet. Die Aussenbuchsen 7.3 sind dabei vorzugsweise untereinander berührungsfrei im Abstand zueinander angeordnet. Sie können bevorzugt gleichmäßig über den Walzenkern 7.2 verteilt angeordnet sein. Der Begriff gleichmäßig verteilt angeordnet bezieht sich auf den kleinsten Abstand der Symmetriepunkte (Schnittpunkt der jeweiligen Symmetrieachse mit der Walzenachse 7.1) der jeweils untereinander direkt benachbarten Aussenbuchsen 7.3. In der gezeigten gekrümmten Stellung der Breitstreckwalze 7 schneiden die Symmetrieachsen der Aussenbuchsen 7.3 in der Verlängerung in einem gemeinsamen Schnittpunkt. Dieser Schnittpunkt entspricht im Wesentlichen dem Mittelpunkt eines Vollkreises, der mit der gekrümmten Walzenachse 7.1 zusammenfällt oder beschrieben wird.
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Die Aussenbuchsen 7.3 sind unabhängig voneinander auf dem Walzenkern 7.2 drehbar um deren Längsachse, die abschnittsweise (z.B. tangential) mit der Walzenachse 7.1 zusammenfallen kann, gelagert. Drehbar gelagert bedeutet, dass eine Drehbewegung der Aussenbuchsen 7.3 relativ zum Walzenkern 7.2, besonders im bestimmungsgemäßem Gebrauch der Breitstreckwalze 7, möglich ist. Bevorzugt sind die Aussenbuchsen 7.3 nicht in Axialrichtung, also in Richtung der Walzenachse 7.1 verschiebbar ausgebildet, zumindest nicht im bestimmungsgemäßem Gebrauch der Breitstreckwalze 7.
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In der vorliegenden Ansicht sind beispielhaft fünf Aussenbuchsen 7.3 dargestellt. Eine davon abweichende Anzahl wäre natürlich denkbar.
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An den axialen Enden des Walzenkerns 7.2 kann eine Lagerung vorgesehen sein, um die im Betreib der Breitstreckwalze 7 auf diese einwirkenden Kräfte aufzunehmen. Diese Lagerung kann eine Fest- bzw. Drehlagerung sein. Die Breitstreckwalze 7 und insbesondere der Walzenkern 7.2 kann drehangetrieben sein, also bezogen auf ein stationäres Teil wie die Stuhlung einer Maschine, in der sie eingebaut ist, umlaufen oder aber starr, d.h. bezogen auf dieses stationäres Teil nicht umlaufend ausgebildet sein.
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Über die radial äußeren Zylindermantelflächen der einzelnen Aussenbuchsen 7.3 ist ein einziger, zusammenhängender Mantel 1 gezogen. Er erstreckt sich zumindest von einem axialen Ende der ersten Aussenbuchse 7.3 (oder über dieses hinaus) bis zu einem axialen Ende der letzten, dieser gegenüberliegenden Aussenbuchse 7.3 und darüber hinaus. Ein solcher Mantel 1 wird in den nachfolgenden Figuren gezeigt.
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2 zeigt in einer stark schematisierten, teilgeschnittenen Seitenansicht eine Vorrichtung zur Herstellung eines Mantels 1. Die Vorrichtung weist vorliegend genau einen zylindrischen, durchgehenden Wickeldorn 4 auf, auf dem ein Ausgangsmaterial 3.1 durch Wickeln aufgebracht wird. Die Darstellung zeigt ein Anfangsstadium des Herstellungsverfahrens. Im vorliegenden Fall ist dazu das eine Ende des Ausgangsmaterials 3.1 auf einer Polymerschicht 2, die auf dem Außenumfang des Wickeldorns 4 angeordnet ist, befestigt. Diese Polymerschicht 2 ist Teil des zu fertigenden Mantels 1. Das Ausgangsmaterial 3.1 dient dann als Verstärkungsstruktur für die herzustellende Polymerschicht 2.
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Das Ausgangsmaterial 3.1 kann dabei ein Flächengebilde sein, dessen Breite – die Breitenrichtung des Ausgangsmaterials 3.1 verläuft in Fig. im Wesentlichen senkrecht zur Zeichenebene in diese hinein – geringer ist als die Breite des zu fertigenden Mantels. Das Ausgangsmaterial 3.1 kann z.B. als Rollenware vorliegen.
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Der Wickeldorn 4 ist um seine Längsachse 1.1, die der Längsachse des herzustellenden Mantels entspricht, rotierbar gelagert. Längsachse 1.1 verläuft hier senkrecht zur Zeichenebene. Über eine Leitung 5 wird durch einen Gießdüse 6 ein Gießmaterial, wie gießfähiges, aushärtbares Polymer, z.B. Polyurethan, von oben auf den Wickeldorn 4 gegeben. Ein solches Gießmaterial kann z.B. hinsichtlich seiner Topfzeit und Viskosität derart gewählt werden, dass es die in Radialrichtung übereinanderliegenden, gewickelten Lagen an Ausgangsmaterial 3.1 beim Gießen vollständig durchtränkt, ohne dass es selbst von dem Wickeldorn 4 heruntertropft.
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Das Ausgangsmaterial 3.1 wird von einer nicht dargestellten Rolle abgerollt und auf den Wickeldorn 4, genauer auf der Polymerschicht 2, die sich bereits auf dem Walzenkern 4 befindet, zu Wendeln gewickelt. Mit dem Wickeln wird das Ausgangsmaterial 3.1 in die zu fertigende Polymerschicht 2 eingebettet. Es dient als Verstärkungsstruktur für die Polymerschicht 2.
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Die Breite der Gießdüse 6 entspricht in etwa der Breite des Ausgangsmaterials 3.1. Sie kann jedoch auch größer bemessen sein. Jedoch ist die Breite der Gießdüse 6 geringer als die Breite des zu fertigenden Mantels 1.
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Grundsätzlich wird während des Wickelns des Ausgangsmaterials 3.1 der Wickeldorn 4 in Pfeilrichtung um dessen Längsachse gedreht. Gleichzeitig mit dieser Drehung kann die Gießdüse 6 über eine geeignete, in 1 nicht weiter dargestellte Führung parallel zur Längsachse 1.1 entlang dieser relativ an dem Wickeldorn 4 geführt werden. Mit der Gießdüse 6 kann dann gleichzeitig zum Wickeln zusätzliches Polymer auf das eben auf die Polymerschicht 2 gewickelte Ausgangsmaterial 3.1 aufgebracht werden. Alternativ kann das Ausgangsmaterial 3.1 zunächst vollständig über die gesamte Breite des Mantels gewickelt und im Anschluss daran das Polymer hierauf aufgebracht werden. Vorliegend härtet die Polymerschicht 2 zu einer einzigen, einteiligen bzw. zusammenhängenden Polymerschicht 2 aus. Jedoch könnte auch ein mehrschichtiger Mantel, umfassend jeweils eine radial innere Polymerschicht und eine radial äußere Polymerschicht, vorgesehen sein. Die Polymerschichten können derart gewählt sein, dass sie sich in ihren mechanischen und/oder chemischen Eigenschaften unterscheiden.
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Unabhängig davon kann das Gießmaterial durch das Ausgangsmaterial 3.1 hindurch bis auf den Wickeldorn 4 gelangen. Das Polymer bildet in diesem Beispiel nach dem Aushärten genau eine gesamte Polymerschicht 2 des Mantels, wovon in 2 nur ein Teil gezeigt ist.
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Der Wickelprozess beginnt grundsätzlich an einem axialen Ende des Wickeldorns 4, welches zugleich – abgesehen von einem Verschnitt – das eine axiale Ende des Mantels bilden kann und endet an dem gegenüberliegenden axialen Ende desselben, welches dann – ebenfalls von einem Verschnitt abgesehen – das zweite axiale Ende des Mantels bilden kann. Je nach Wahl der Länge des Wickeldorns 4 können mehr als ein, bevorzugt zwei Mäntel gleichzeitig hergestellt werden.
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Wird als Ausgangsmaterial 3.1 ein Flächengebilde verwendet, so kann ein Überlapp erzielt werden. Dies erfolgt je nach Wahl der Breite des Ausgangsmaterials 3.1 und des Wickelvorschubs, also der Verfahrgeschwindigkeit der Gießdüse 6 entlang der Längsachse des Wickeldorns 4 und der Umdrehungsgeschwindigkeit des Wickeldorns 4 um dessen Längsachse 1.1. Infolge der Überlagerung der Drehbewegung des Wickeldorns 4 und der Axialbewegung der Gießdüse 6 ergibt sich aus dem gewendelten Ausgangsmaterial 3.1 auf dem Wickeldorn 4 nun die Verstärkungsstruktur 3, die durch das Aufgießen des Gießmaterials in der Polymerschicht 2 eingebettet wird (siehe insbesondere 4a).
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Mittels eines solchen kontinuierlichen Gießvorgangs wird also nach und nach über die Breite des Wickeldorns 4 ein endloser, um dessen Längsachse 1.1 in sich geschlossener zylinderrohrförmiger Mantel 1 hergestellt, dessen Innenumfang im Wesentlichen dem Außenumfang des Wickeldorns 4 entspricht.
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3 zeigt in einem nicht maßstäblichen, teilweise dargestellten Querschnitt durch die Längsachse 1.1 des fertigen Mantels 1 eine erste Ausführungsform der Erfindung. Das Ausgangsmaterial 3.1 ist als Liniengebilde, wie ein metallischer Zwirn oder nach Art eines Seils ausgeführt. Die gewickelten Wendeln des Liniengebildes sind hier vereinfacht als schraffierte Kreise angedeutet. Einander benachbarte Wendeln sind über die gesamte Länge des Mantels 1 zueinander gleich beabstandet, nämlich um die Steigung S. Die Steigung S wird nachfolgend noch näher definiert.
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In der 4a ist in einem nicht maßstäblichen, teilweise dargestellten Querschnitt durch die Längsachse 1.1 des fertigen Mantels 1 eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Der Abstand der Längsachse 1.1 zu der Polymerschicht 2 ist, wie auch in der 3, ebenfalls nicht maßstäblich. Dabei verläuft die Breite B des Ausgangsmaterials 3.1 in der Zeichenebene. Die Darstellung lässt erahnen, dass die Breite B nur einen Bruchteil des gesamten, fertigen Mantels 1 beträgt. Der Überlapp, also die gemeinsame Fläche, an denen sich zwei aufeinanderfolgende Windungen überlappen, also z.B. augenscheinlich "berühren", kann auch durch die Steigung S aufeinanderfolgender Windungen beschrieben werden. Mit der Steigung S ist der Abstand derselben Breitenränder 3.1.1, 3.1.2 bzw. des gemeinsamen Breitenrands aufeinanderfolgender Wendeln des Ausgangsmaterials 3.1 – in Breitenrichtung des Ausgangsmaterials gesehen – gemeint. Der Überlapp entspricht – in der gezeigten Schnittdarstellung gesehen – ungefähr der Breite B des Ausgangsmaterials, verringert um die Steigung S.
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In 4a ist eine enge Wicklung gewählt worden, sodass die Steigung S lediglich einen Bruchteil der Breite B des verwendeten Ausgangsmaterials 3.1 beträgt. Demnach kann mit nur einem Wickeldurchgang eine in Radialrichtung gesehen relativ dicke Verstärkungsstruktur 3 des Mantels 1 mit einer hohen Zugfestigkeit erzielt werden. Denn hier überlappen sich in einem Querschnitt senkrecht zur Längsachse 1.1 gesehen (nicht gezeigt, jedoch durch die Schnittlinie A-A angedeutet) gleich mehr als zwei, nämlich vorliegend fünf aufeinanderfolgende Wendeln des Ausgangsmaterials 3.1 der fertigen Verstärkungsstruktur 3. Eine davon abweichende Zahl ist jedoch auch denkbar.
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Man sieht in 4a auch, dass in dem dargestellten Querschnitt durch die Längsachse des Mantels 1 gesehen die aufeinanderfolgenden, überlappenden Wendeln des Ausgangsmaterials 3.1 – in einer Verlängerung hinsichtlich ihrer Breitenrichtung schauend – winklig zur Längsachse des fertigen Mantels 1 verlaufen.
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Geringere Dicken der Verstärkungsstruktur 3 in Radialrichtung gesehen können durch eine Vergrößerung der Steigung der Wendeln des Ausgangsmaterials 3.1 auf dem Wickeldorn 4 erzielt werden. Gleichzeitig nimmt mit einer Zunahme der Steigung aber auch die Zugfestigkeit der Verstärkungsstruktur 3 ab. In 2c ist die Steigung S so gewählt, dass sich etwa ein Überlapp aufeinanderfolgender Wendeln des Ausgangsmaterials 3.1 von etwa einem Drittel ergibt. Auch andere Werte sind je nach Einsatzfall denkbar.
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Bei der Verstärkungsstruktur 3 kann es sich grundsätzlich um das in der 3 dargestellte Liniengebilde und/oder um das in den 4a bis 4c dargestellte Flächengebilde als Ausgangsmaterial 3.1 handeln. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform, umfassend Maschenware bzw. ein Gewebe, ist in den 4b und 4c dargestellt. Unabhängig von der dargestellten Ausführungsform ist mit der genannten und/oder -Verknüpfung gemeint, dass in derselben Polymerschicht sowohl ein Linien- als auch ein Flächengebilde vorhanden sein kann. Alternativ oder zusätzlich kann bei Vorsehen eines mehrschichtigen Mantels aus mehreren in Radialrichtung gesehen übereinanderliegenden Polymerschichten eine der Schichten ausschließlich ein Liniengebilde, und die andere der Schichten ausschließlich ein Flächengebilde umfassen. Es können auch Schichten vorgesehen sein, die frei von einer solchen Verstärkungsstruktur 3 sind. Kombinationen hiervon sind denkbar.
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4b zeigt eine Draufsicht auf einen Ausschnitt des erfindungsgemäßen Ausgangsmaterials 3.1. In der gezeigten Darstellung entspricht die Vertikalrichtung der Längsrichtung des Ausgangsmaterials 3.1, die Horizontalrichtung hingegen dessen Breitenrichtung. Das Ausgangsmaterial 3.1 umfasst mehrere zu einander in Längsrichtung parallel verlaufende Längsfäden 3.2. Auf diese ist nach Art eines Geleges meanderförmig ein, bevorzugt genau ein einziger Querfaden 3.3 abgelegt. An den Kreuzpunkten von Längsfäden 3.2 und Querfaden 3.3 sind diese beiden kraft-, stoff- und/oder formschlüssig miteinander gefügt, was hier durch die Punkte angedeutet ist.
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In 4c ist in einer teilweisen Draufsicht ein als Gewebe ausgebildetes Ausgangsmaterial 3.1 gezeigt. In der gezeigten Darstellung entspricht die Horizontalrichtung der Breitenrichtung des Ausgangsmaterials 3.1, die Vertikalrichtung hingegen dessen Längenrichtung. In Breitenrichtung verlaufen die Schussfäden 3.8, in Längsrichtung die Kettfäden 3.7 des Gewebes. Kett- und Schussfäden 3.7, 3.8 überkreuzen sich und sind durch Fadenverkreuzung miteinander verbunden.
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Aus einem Vergleich der 1 mit den verbleibenden Fig. ersieht man, dass die Längsachse des fertig hergestellten Mantels 1 zunächst nicht der dargestellten, gebogenen Walzenachse 7.1 der Breitstreckwalze 7 entspricht. Da der Mantel 1 jedoch elastisch ist, folgt er nach dem Aufziehen auf den Walzenkern 7.2 der Krümmung der Walzenachse 7.1 der Breitstreckwalze 7.
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Unabhängig von den gezeigten Ausführungsformen können gemäß der vorliegenden Erfindung somit durch Einstellung unterschiedlicher Steigungen S – also durch das Überlappen aufeinanderfolgender Wicklungen – zumindest bei dem Einsatz von Geweben oder Maschenware als Ausgangsmaterial 3.1 für die Verstärkungsstruktur auch unterschiedliche Fadenabstände realisiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Mantel
- 1.1
- Längsachse
- 2, 2.1, 2.2
- Polymerschicht
- 3
- Verstärkungsstruktur
- 3.1
- Ausgangsmaterial
- 3.1.1, 3.1.2
- Breitenränder
- 3.2
- Längsfaden
- 3.3
- Querfaden
- 3.7
- Kettfaden
- 3.8
- Schussfaden
- 4
- Wickeldorn
- 5
- Leitung
- 6
- Gießdüse
- 7
- Breitstreckwalze
- 7.1
- Walzenachse
- 7.2
- Walzenkern
- 7.3
- Aussenbuchse
