DE3703563A1 - Streckwalze oder aehnliche walze fuer papiermaschinentuecher sowie ein verfahren zur herstellung der walze - Google Patents
Streckwalze oder aehnliche walze fuer papiermaschinentuecher sowie ein verfahren zur herstellung der walzeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine in der Mitte gestützte
Streckwalze oder ähnliche Walze für Papiermaschinentücher,
wie z. B. Sieb oder Filz, bestehend aus einem Innenrohr und
einem auf dieses mit Hilfe eines Zwischenstückes aufgebrachten
Außenrohr, wobei das Zwischenstück zur quer durch die
Walze gelegten Mittelebene im wesentlichen symmetrisch ist
und das Innenrohr und Außenrohr in nicht durchgebogenem Zustand
der Walze untereinander koaxial sind und sich zwischen
den Rohrteilen zu beiden Seiten des Zwischenstückes ringartige
Zwischenräume befinden, die derart bemessen sind, daß sie
beim Spannen des über genannte Walze laufenden Tuches ein
Durchbiegen des Innenrohres und des Außenrohres untereinander
in verschiedenen Richtungen zulassen, und an den Außenenden
des Innenrohres Stirnseiten und Wellenzapfen angebracht werden
können, über welche sich die Walze drehbar lagern läßt.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur
Herstellung der erfindungsgemäßen Streckwalze.
Die in Papiermaschinen erforderlichen Tücher, wie
Siebe und Filze, werden mit von der jeweiligen Situation
geforderter Spannung über den Walzen gespannt. Diese Spannung
wird unter anderem von der über die angetriebene Walze auf
das Tuch übertragenen Antriebsleistung beeinflußt. Durch die
Wirkung der Spannung biegen sich die Walzen durch, wobei
Nachteile für das Verhalten der Tücher in der Maschine entstehen.
Zunächst sind die Tücher bestrebt, von den Kanten her
zur Mitte der Maschine zu laufen, wobei sie Falten werfen,
aufgrund derer sie schnell zerstört werden. Das verursacht
naturgemäß Unterbrechungen in der Papierherstellung. Ein
zweiter Nachteil liegt in der durch Walzendurchbiegung verursachten
Längendifferenz der Tuchschleife zwischen Papiermaschinenmitte
und -randzonen. Auch daraus ist eine Neigung
zur bereits genannten Faltenbildung sowie nachteiliger Verschleiß
der Tücher die Folge, weil diese wegen der Längendifferenz
über die Walzen rutschen. Um dieses Problem zu
eliminieren, wurden sog. breitstreckende Walzen oder gesonderte
bogenförmige Walzen (Mont Hope) eingesetzt. Breitstreckwalzen
wurden aus Stahl hergestellt, wobei wegen dessen
bekanntlich großen Elastizitätsmoduls das Streckvermögen
einer Walze gering ist und deshalb bei einigen Anwendungen
mehrere davon nötig sind.
Die an sich bekannten in der Mitte gestützten breitstreckenden
Walzen bestehen aus einem kreiszylinderförmigen
Innenrohr aus Stahl und einem darauf koaxial, z. B. mit
Schrumpfsitz, befestigten Außenrohr aus Stahl, welche Rohre
bezüglich der Mittelachse der Walze symmetrisch miteinander
verbunden sind. An den Enden des genannten Innenrohres befinden
sich Endflansche und an diesen befestigte Wellenzapfen.
Zwischen dem Innen- und dem Außenmantel genannter Walze wird
in deren Mittelbereich eine Schrumpfsitzverbindung verwendet.
Die Herstellung dieser Verbindung und anderer ähnlicher
Schrumpfsitzverbindungen hat sich als schwierig und teuer
erwiesen. Außerdem haben die genannten Schrumpfsitzverbindungen
den Nachteil, daß das Innenrohr dazu neigt, im Randzonenbereich
der Verbindung zu brechen. Dies wird zum großen
Teil durch Schwingungsverschleiß und Ermüdungsbruch verursacht,
der von den Randzonen genannter Schrumpfsitzverbindungen
ausgeht. Die Herstellung des genannten Schrumpfsitzes
ist insbesondere deshalb teuer, weil die schwer zugängliche
Innenfläche des Außenrohres auf äußerst genaue Maße bearbeitet
werden muß.
Die bekannten, im vorstehenden beschriebenen, aus
Metall hergestellten Streckwalzen haben auch den Nachteil,
daß die Walzen sehr schwer werden, was u. a. nachteilige
Durchbiegung verursacht, und daß der Streckeffekt der Walzen
zu wünschen übrig läßt. Beim Cantilevern dieser schweren
Walzen gibt es oft Probleme, wenn diese Walzen bei Modernisierungen
in alte Papiermaschinen einzubauen sind.
Eine typische bekannte, aus Stahl und mit Schrumpfsitz
hergestellte Streckwalze hat eine Länge von L = 9450 mm bei
einem Außendurchmesser von Du = 1010 mm, womit das Gewicht
des Doppelmantels der Walze eine Größe von ca. 13 000 kg
erreicht.
Zum Stand der die Erfindung betreffenden Technik sei
noch festgestellt, daß z. B. aus glasfaserverstärktem Kunststoff
hergestellte Papiermaschinenwalzen z. B. als Siebleitwalzen
bekannt sind. Die GFK-Beschichtung wird jedoch einzig
und allein als Korrosionsschutz und nicht als konstruktiver
Teil der Walze verwendet.
Die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht
darin, die im vorstehenden erwähnten Nachteile zu vermeiden
und eine Walze zu schaffen, die leichter und elastischer als
bisher ist und damit einen besseren Streckeffekt hat.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine
betreffende in der Mitte gestützte Walze zu schaffen, die
weniger korrosionsanfällig ist als die bisher bekannten, entweder
ganz oder teilweise aus Metall hergestellten Walzen.
Außerdem hat die Erfindung zur Aufgabe, eine in der
Mitte gestützte Walze zu schaffen, die gegen Schwingungsverschleiß
und Ermüdungsbruch widerstandsfähiger als bisher ist.
Eine zusätzliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist die Schaffung einer betreffenden Walze, bei der die
Schwingungseigenschaften nicht die Bemessung der Walze einschränken
und die Walze im Hinblick auf ihren Streckeffekt
genügend elastisch wird.
Zur Erreichung der im vorstehenden genannten und weiter
unten deutlich werdenden Ziele ist für die in der Mitte
gestützte Streckwalze der Erfindung im wesentlichen charakteristisch,
daß der Doppelmantel genannter Walze einschließlich
Zwischenstück zu einem im wesentlichen einheitlichen aus
faserverstärktem Kunststoff bestehenden Stück zusammengefügt
ist, in dem genanntes Außenrohr und Innenrohr nahtlos mit
genanntem Zwischenstück verbunden sind.
Für das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung
der betreffenden Streckwalze ist im wesentlichen charakteristisch,
daß das Verfahren aus folgenden Phasen besteht:
- a) auf einen Kern von runder Form wird Verstärkungsfaser, zweckmäßig Kohlefaser, gewickelt, die mit flüssigem Kunststoffmaterial, zweckmäßig Epoxyd, getränkt ist oder an welche genanntes Kunststoffmaterial gespeist wird,
- b) nachdem in der vorherigen Phase ein dem Außendurchmesser des Innenrohres des Doppelmantels der Walze entsprechender Rohling fertiggestellt ist, werden auf genanntem Rohling zylinderförmige Zwischenkernstücke angebracht, die den Maßen und Formen der Zwischenräume der Innen- und Außenrohre der herzustellenden Walze entsprechen, und
- c) zwischen den inneren Enden der genannten Zwischenkernstücke wird das Zwischenstück aufgebaut, und im selben Zusammenhang oder nach genannter Phase werden auf den genannten Zwischenkernstücken die Außenrohrstücke angefertigt.
Bei Herstellung der erfindungsgemäßen Streckwalze oder
einer ähnlichen Walze aus z. B. kohlefaserverstärktem Epoxyd
derart, daß ihr Innenrohr, Außenrohr und das diese verbindende
in der Walzenmitte befindliche Zwischenstück ein Stück
sind, läßt sich die Walze derart bemessen, daß sie einen
genügend großen Streckeffekt, d. h. Durchbiegung des Walzen-
Außenmantels hat. Damit läßt sich z. B. eine Walze herstellen,
deren L = 9450 mm, Du = 820 mm, w zul. 1400 m/min
(max.) ist. Als Gewicht des Außenmantels dieser kohlefaserverstärkten
Kunststoffwalze ergibt sich damit nur ca. 800 kg,
d. h. ein Bruchteil des Gewichtes der Doppelmäntel von entsprechenden
bekannten aus Metall hergestellten Streckwalzen.
Im folgenden wird die Erfindung unter Hinweis auf
einige in den Figuren der beigefügten Zeichnung dargestellte
Ausführungsbeispiele, auf deren Einzelheiten die Erfindung
jedoch nicht beschränkt ist, ausführlich beschrieben.
Fig. 1 zeigt einen axialen Mittelschnitt durch eine
erfindungsgemäße Streckwalze.
Fig. 2 zeigt den durch Fig. 1 gelegten Schnitt II-II.
Fig. 3 zeigt als Schrägbild eine Vorrichtung, mit
der eines der erfindungsgemäßen Verfahren
ausgeführt und die erfindungsgemäße Streckwalze
hergestellt werden kann.
Die in Fig. 1 gezeigte erfindungsgemäße Streckwalze
10 besteht aus zwei in nicht durchgebogenem Zustand koaxialen
Rohrteilen 12 a, 12 b und 13 a, 13 b, die durch ringartige Zwischenräume
14 a, 14 b voneinander getrennt sind. Genannte Rohrteile
12 a, 12 b und 13 a, 13 b werden in der Mitte der Walze 10,
d. h. bezüglich der Mittelebene K-K der Walze symmetrisch
durch das Zwischenstück 11 miteinander verbunden.
Erfindungsgemäß sind das Innenrohr 12 a, 12 b, das Zwischenstück
11 und das Außenrohr 13 a, 13 b aus einem integrierten
Stück, das aus faserverstärktem, zweckmäßig kohlefaserverstärktem
Epoxyd hergestellt ist. Außerdem ist auf dem Außenrohr
13 a, 13 b bei Bedarf eine Beschichtung 10′ angefertigt
derart, daß die Walze 10 ihrem Verwendungszweck entsprechende
Oberflächeneigenschaften erhält. Genannte Beschichtung 10′
hat jedoch im wesentlichen keinen Einfluß auf die eigentliche
mechanische Konstruktion und das Verhalten der Walze 10.
An beiden Enden des Innenrohres 12 a, 12 b sind mit Verbindung
18 a, 18 b Stirnflansche 16 a, 16 b befestigt, an denen
sich Wellenzapfen 17 a, 17 b befinden, an denen die Walze 10
gelagert werden kann. Die Zwischenräume 14 a, 14 b sind mit
Stirnringen 19 a, 19 b aus elastischem Material geschlossen
derart, daß keine Verunreinigungen in genannte Zwischenräume
14 a, 14 b dringen.
Wenn über die in Fig. 1 dargestellte Walze 10 ein
Papiermaschinentuch, wie z. B. Sieb oder Filz geführt und
gespannt wird (entgegengesetzt gerichtete Stützkraft F in
Fig. 1), verursacht dies eine sich über die Länge der Walze
10 verteilende Last (Gegenkräfte F 1 in Fig. 1). Dadurch
biegt sich die Walze 10 durch derart, daß sich ihr Innenrohr
12 a, 12 b, in dessen Mitte am meisten in Richtung der durch
die Spannkräfte verursachten Belastung biegt. Das Innenrohr
12 a, 12 b stützt über das Zwischenstück 11 das Außenrohr 13 a,
13 b, welches sich am meisten an den Enden in Richtung der
Spannkräfte des Tuches biegt. Der auf diese Weise gebogene
Außenmantel 13 a, 13 b übt auf das über die Walze 10 geführte
Tuch (nicht gezeigt) eine breitstreckende und gleichzeitig
eine die Längenunterschiede der Mittel- und Randteile der
Tuchschleife ausgleichende Wirkung aus, was bedeutet, daß mit
der Walze 10 in Querrichtung der Tuchschleife eines im wesentlichen
gleichmäßige Verteilung der Spannspannung der Tuchschleife
erzielt wird.
Die Teile 13 a und 13 b des Außenmantels der in Fig.
1 gezeigten Walze verhalten sich im wesentlichen wie ein
gleichmäßig belasteter überstehender Balken. Damit bilden
sich als kritische Bereiche des Außenmantels die Vereinigungsbereiche
15 a und 15 b von Innen- und Außenmantel heraus,
d. h. die Rand-Bereiche des Zwischenstückes 11, deren Formgebung
und Verstärkung, z. B. bezüglich der Richtung der
Kohlefasern oder ähnlicher Verstärkungsfasern und deren
Verteilung besondere Aufmerksamkeit geschenkt werden muß.
In Fig. 3 ist eine Vorrichtung gezeigt, mit der die
erfindungsgemäße Walze 10 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellt werden kann. Zu der Vorrichtung gehören
Lagerböcke 31 a, 31 b, zwischen denen der Walzen-Rohling 10 A
drehbar angebracht ist. Zur Vorrichtung 30 gehören Zuführungsvorrichtungen
für flüssigen Kunststoff und Verstärkungsfasern
bestehend aus einem an einer Führung 33 angebrachten
Querbalken 32, an dessen Ende auf der Seite des Walzen-Rohlings
10 A sich ein Führungsstück 37 befindet, durch welche
ein mit Kunststoff getränktes Verstärkungsfaserbündel F 1 auf
den zu fertigenden Walzen-Rohling 10 A gewickelt wird. Durch
Verschiebung des Balkens 32 in seiner Führung 33 kann das
Führungsteil 37 in Richtung Y des Radius des Walzen-Rohlings
10 A geregelt werden. Die Führung 33 ist mit einem Schlitten
35 verbunden, der in einer Führung 36 beweglich angebracht
ist derart, daß das Führungsteil 37 in Richtung X verschoben
werden kann, d. h. in Axialrichtung des Walzenrohlings 10 A.
Am äußeren Ende des Balkens 32 befinden sich Vorrichtungen
34, aus denen das z. B. mit Epoxyd getränkte Faserbündel F 0
zum Führungsteil 37 gespeist wird, das um seine Achse drehbar
ausgeführt werden kann.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Walze 10 mit der
in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung 30 und nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren beginnt derart, daß auf den mit Wellenzapfen
38 a, 38 b zwischen den Ständern 31 a und 31 b angebrachten
Mittelkern 40 (Durchmesser D 3) Verstärkungsbündel F 1 oder
-gewebe und flüssiger Kunststoff, z. B. Epoxyd gespeist werden
derart, daß das Innenrohr 12 a, 12 b und der Innenteil des
Zwischenstückes 11 entsteht. Wenn die Innenrohre 12 a, 12 b bis
zum Durchmesser D 3 fertiggestellt sind, werden auf den Innenrohren
12 a, 12 b ringartige Kerne aufgebracht, die der Form
und Größe der Zwischenräume 14 a und 14 b entsprechen, d. h.
deren Innendurchmesser ist D 3 und Außendurchmesser D 2 (Fig.
2). Danach wird durch Drehung des Walzen-Rohlings 10 A mit
dem Vergrößern des Radius des Zwischenstückes 11 fortgesetzt,
z. B. bis zum Erreichen des Innendurchmessers D 2 des Außenrohres
13 a, 13 b, wonach der Laminierprozeß über die genannten
Kerne 21 a und 21 b ausgedehnt wird, um das Außenrohr 13 a und
13 b zu bilden. Das Wickeln des Verstärkungsfaserbündels F 1
oder -gewebes und die Epoxydzuführung wird in Richtung X
traversierend fortgesetzt, bis der erforderliche Außendurchmesser
D 1 des Außenrohres 13 a und 13 b erreicht ist. Danach
werden die Walzenstirnseiten 17 a und 17 b mit Verbindungen
18 a, 18 b befestigt und die Außenfläche des Außenrohres 13
bei Bedarf bearbeitet und mit Schichtung 10′ versehen,
wenn diese zur Anwendung kommt.
Beispiel für eine erfindungsgemäße Streckwalze: Die
Streckwalze ist aus kohlefaserverstärktem Epoxyd hergestellt
derart, daß die Walze folgende Maße erhält:
D 1 = 820 mm,
L = 9450 mm,
L 0 = 3500 mm,
D 2 = 800 mm,
D 3 = 790 mm,
D 4 = 770 mm.
D 1 = 820 mm,
L = 9450 mm,
L 0 = 3500 mm,
D 2 = 800 mm,
D 3 = 790 mm,
D 4 = 770 mm.
Das Gewicht des Doppelmantels der kohlefaserverstärkten
Epoxydwalze mit genannten Maßen hat eine Größe von ca.
800 kg.
Bei Belastung der Walze 10 durch Sieb oder Filz biegen
sich die Teile 13 a und 13 b des Außenrohres bezogen auf die
Mittelachse K-K im wesentlichen symmetrisch wie ein gleichmäßig
belasteter überstehender Balken. Dabei wird der Bereich
der Stirnseiten 15 a und 15 b des Zwischenstückes 11 kritisch.
Genannte Stirnseiten 15 a und 15 b sind zweckmäßig abgerundet
und ab diesen beginnend nimmt die Wandstärke der Außenrohre
13 a und 13 b zweckmäßig stufenlos zu den Stirnseiten der Walze
10 hin ab.
Wenn die Tuchschleife, ihre Länge, Maschinenbreite,
Konstruktionen und geometrische Lagen der Walzen bekannt
sind, kann der Streckbedarf analytisch berechnet werden
derart, daß die Belastungen und der Verschleiß des Tuches
minimiert werden.
Aufgrund des Berechnungsergebnisses kann gerade ein
solches Maß L 0 gewählt werden, daß die Streckwalze die gewünschte
Durchbiegung erhält. Damit ist das Maß L 0 also von
vielen Parametern abhängig und ein für jede Tuchschleife
individuelles Maß.
Die Form der Durchbiegungslinie und gleichzeitig die
Streckwirkung der Außenrohre 13 a und 13 b können zum Teil
durch die Wahl der Länge L 0 des Zwischenstückes geregelt
werden. Das Verhältnis der Länge L des Doppelmantels zur
Länge L 0 des Zwischenstückes 11 liegt vorteilhaft im Bereich
L/L 0 = 2 . . . 10, zweckmäßig im Bereich L/L 0 = 4 . . . 6.
Claims (10)
1. In der Mitte gestützte Streckwalze oder ähnliche
Walze für Papiermaschinentücher, wie z. B. Sieb oder Filz,
bestehend aus einem Innenrohr (12 a und 12 b) und einem auf
dieses mit Hilfe eines Zwischenstückes (11) aufgebrachten
Außenrohr (13 a, 13 b), wobei das Zwischenstück (11) zur quer
durch die Walze (10) gelegten Mittelebene (K-K) im wesentlichen
symmetrisch ist und das Innenrohr und Außenrohr (12 a,
12 b, 13 a, 13 b) in nicht durchgebogenem Zustand der Walze (10)
untereinander koaxial sind und sich zwischen den Rohrteilen
zu beiden Seiten des Zwischenstückes (11) ringartige Zwischenräume
(14 a, 14 b) befinden, die derart bemessen sind, daß
sie beim Spannen (F) des über genannte Walze (10) laufenden
Tuches ein Durchbiegen des Innenrohres (12) und des Außenrohres
(13 a, 13 b) untereinander in verschiedenen Richtungen
zulassen, und an den Außenenden des Innenrohres (12 a und 12 b)
Stirnseiten (16 a, 16 b) und Wellenzapfen (17 a, 17 b) angebracht
werden können, über welche sich die Walze (10) drehbar lagern
läßt, dadurch gekennzeichnet, daß der Doppelmantel genannter
Walze (10) einschließlich Zwischenstück (11) zu einem im
wesentlichen einheitlichen aus faserverstärktem Kunststoff
bestehenden Stück zusammengefügt ist, in dem genanntes Außenrohr
(13 a, 13 b) und Innenrohr (12 a, 12 b) nahtlos mit genanntem
Zwischenstück (11) verbunden sind.
2. Streckwalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Doppelmantel der Streckwalze (10) einschließlich
Zwischenstück (11) aus kohlefaserverstärktem Kunststoff hergestellt
ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet,
daß als Kunststoffmaterial Epoxyd oder dergleichen
verwendet wird.
4. Streckwalze nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das Verhältnis der Walzenlänge (L) zur Länge
des Zwischenstückes (L 0) L/L 0 = 2 . . . 10, zweckmäßig L/L 0 = 4 . . . 6 ist.
5. Streckwalze nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Stirnseiten (15 a, 15 b) des genannten Zwischenstückes
(11), an denen die Außenfläche des Innenrohres
(12 a, 12 b) mit der Innenfläche des Außenrohres (13 a, 13 b)
verbunden ist, abgerundet sind.
6. Streckwalze nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Wandstärken der Außenrohrteile (13 a, 13 b)
beginnend von den Stirnseiten (15 a, 15 b) des Zwischenstückes
(11) genannten Außenrohres (13 a, 13 b) und Innenrohres (12 a,
12 b) nach außen hin, zweckmäßig stufenlos, wachsen.
7. Herstellungsverfahren einer Streckwalze oder
ähnlichen Walze nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß das Verfahren aus folgenden Phasen besteht:
- a) auf einen Kern (40) von runder Form wird Verstärkungsfaser, zweckmäßig Kohlefaser, gewickelt, die mit flüssigem Kunststoffmaterial, zweckmäßig Epoxyd, getränkt ist oder an welche genanntes Kunststoffmaterial gespeist wird,
- b) nachdem in der vorherigen Phase ein dem Außendurchmesser (D 3) des Innenrohres (12 a, 12 b) des Doppelmantels der Walze (10) entsprechender Rohling fertiggestellt ist, werden auf genanntem Rohling zylinderförmige Zwischenkernstücke (21 a, 21 b) angebracht, die den Maßen und Formen der Zwischenräume (14 a, 14 b) der Innen- und Außenrohre der herzustellenden Walze (10) entsprechen, und
- c) zwischen den inneren Enden der genannten Zwischenkernstücke (21 a, 21 b) wird das Zwischenstück (11) aufgebaut, und im selben Zusammenhang oder nach genannter Phase werden auf den genannten Zwischenkernstücken (21 a, 21 b) die Außenrohrstücke (13 a, 13 b) angefertigt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß an den Außenenden des genannten Innenrohres (12 a, 12 b)
die Stirnflansche (16 a, 16 b) der Walze (10) angebracht werden,
an denen die Wellenzapfen (17 a, 17 b) der Walze (10)
befestigt sind oder werden.
9. Verfahren nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Außenfläche des faserverstärkten Kunststoff-
Doppelmantels, zweckmäßig der kohlefaserverstärkten
Epoxyd-Walze, bearbeitet, z. B. geschliffen, wird.
10. Verfahren nach Anspruch 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Außenfläche des Außenrohres (13 a, 13 b) und
Zwischenstückes (11) des genannten faserverstärkten Doppelmantels
mit einer Beschichtung (10′) versehen wird.
Applications Claiming Priority (1)
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FI860671A FI72766C (fi) | 1986-02-13 | 1986-02-13 | Utbredningsvals eller motsvarande foer vaevnaden i en pappersmaskin samt foerfarande foer framstaellning av denna. |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19873703563 Withdrawn DE3703563A1 (de) | 1986-02-13 | 1987-02-06 | Streckwalze oder aehnliche walze fuer papiermaschinentuecher sowie ein verfahren zur herstellung der walze |
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JP (1) | JPS62191594A (de) |
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