DE4141133C1 - Support beam for doctor blade bearing on dry cylinder - comprises elongated hollow body having 2 or more convex curved longitudinal walls and composed of composite fibre material e.g. carbon@ fibres - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Tragbalken für wenigstens ein langgestrecktes Arbeitselement gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Der Tragbalken ist vorzugsweise ein sogenannter Schaberbalken; er bildet zusammen mit einer Schaberklinge (oder mit z. B. zwei Schaberklingen) einen sogenannten Schaber, der zur Verwendung in einer Maschine zur Herstellung oder Verarbeitung von Faserstoffbahnen, z. B. Papierbahnen, vorgesehen ist. Die Schaberklinge kann beispielsweise unmittelbar mit der Mantelfläche einer rotierenden Walze oder eines Trockenzylinders zusammenwirken, um die Mantelfläche sauberzuhalten oder um die Papierbahn von der Mantelfläche abzunehmen. In Papier-Streichmaschinen kommt die Schaberklinge in unmittelbaren Kontakt mit der Papierbahn, um überschüssige Streichmasse abzustreifen.

In der US-PS 31 34 126 ist das Problem beschrieben, daß der Hauptteil des Schaberbalkens, nämlich der überwiegend kastenförmige langgestreckte Hohlkörper, mitunter eine Durchbiegung erleidet, so daß die Schaberklinge nicht mit (über ihre Länge) gleichförmiger Linienkraft an die Walze angedrückt wird. Die genannte Durchbiegung wird dadurch verursacht, daß im Betrieb eine der Längswände des Hohlkörpers eine höhere Temperatur annimmt als eine andere Längswand. Zur Lösung dieses Problems sind im Inneren des Hohlkörpers des bekannten Schaberbalkens Kanäle vorgesehen, durch die eine Temperierflüssigkeit strömt. Hierdurch will man erreichen, daß der Hohlkörper isotherm bleibt, so daß die erwähnte Durchbiegung vermieden wird. Diese bekannte Konstruktion erfordert einen hoben Bauaufwand und komplizierte Regeleinrichtungen, die den gewünschten Erfolg sicherstellen sollen.

Dasselbe Problem ist beschrieben in der US-PS 38 00 357; dort ist zur Lösung des Problems folgendes vorgesehen, bezogen auf einen Querschnitt durch den Schaberbalken: Ein elastischer Tragarm trägt am einen Ende die Schaberklinge und ist an seinem anderen Ende am Schaberbalken befestigt, dieser hat eine tropfenartige Querschnittsform, d. h. er ist aus zwei konvex gekrümmten Längswänden zusammengeschweißt, deren Krümmungsradius größer als ihre Breite ist. Entlang einer der Schweißnähte ist eine spitzwinklige Kante gebildet, die in einem relativ kleinen Abstand von der Schaberklinge verläuft. Es wird hierdurch erreicht, daß die Schaberklinge - weniger als bei einer herkömmlichen Balken-Bauart - an einer thermisch bedingten Durchbiegung des Balkens teilnimmt. Es wird aber immer noch nicht eine vollkommen gleichförmige Linienkraft zwischen Schaberklinge und Walze erzielt, weil die Ursache (nämlich die thermisch bedingte Balken-Durchbiegung) nicht beseitigt ist.

In der noch nicht veröffentlichten Gebrauchsmusteranmeldung G 91 13 542.7 (Akte: P 4887) wird vorgeschlagen, den langgestreckten Hohlkörper des Schaberbalkens aus einem Faserverbundwerkstoff zu fertigen, worin die Wärmedehnungszahl in der sogenannten Haupt-Faserorientierung nahe dem Wert Null liegt und wobei die Haupt-Faserorientierung ungefähr parallel zur Längsachse des Schaberbalkens verläuft. Vorzugsweise soll der Hohlkörper aus einem mit Kohlenstoff-Fasern verstärkten Kunststoff gefertigt werden. Durch diese Maßnahmen kann der Hohlkörper in einfacherer Weise als gemäß der US ′126 auch dann durchbiegungsfrei gehalten werden, wenn seine Längswände im Betrieb unterschiedliche Temperaturen annehmen. Zugleich erzielt man in bekannter Weise ein gegenüber Stahl geringeres Gewicht und relativ hohe Steifigkeit, d. h. geringere Durchbiegung unter dem Eigengewicht, bei gleichen Abmessungen.

Problematisch ist jedoch beim Gegenstand der obigen Gebrauchsmusteranmeldung die konventionelle Ausbildung der Längswände des Hohlkörpers als ebene Wände infolge der hauptsächlichen Faserorientierung in Längsrichtung ist die Steifigkeit des Hohlkörpers in Umfangsrichtung relativ gering. Somit ist bei den ebenen Längswänden die Sicherheit gegen Schwingungen (die sogenannte Plattenschwingung) und/oder gegen Beulen unzureichend. Außerdem sind die ebenen Längswände gefährdet durch mechanische Stoßbelastung z. B. bei Transport oder Montage des Schaberbalkens.

Der hier vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ganz allgemein einen Tragbalken, dessen Hauptteil (der genannte Hohlkörper) aus einem Faserverbundwerkstoff zu fertigen ist, derart zu gestalten, daß die Längswände des Hohlkörpers - trotz der überwiegend parallel zu seiner Längsachse verlaufenden Haupt-Faserorientierung - ausreichend steif sind, so daß insbesondere eine ausreichende Beul-Sicherheit vorhanden ist. Ein weiterer Teil der Aufgabenstellung besteht darin, daß die bekannte weitgehend kastenartige Form des Tragbalkens (mit beispielsweise überwiegend dreieckigem Querschnitt) wegen ihrer bekannten hohen Biege- und Torsions-Steifigkeit möglichst weitgehend beibehalten werden soll.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Dadurch, daß der langgestreckte Hohlkörper - im Querschnitt gesehen - schwach konvex gekrümmte Längswände hat, die untereinander ausschließlich durch konvex gerundete Übergangszonen verbunden sind (also unter Vermeidung jeglicher scharfer Kanten), wird der folgende Vorteil erzielt: Die Längswände erhalten - trotz relativ geringer Wanddicke - in Umfangsrichtung eine hohe Biegesteifigkeit. Sie sind somit außerordentlich unempfindlich gegen Schwingungen und gegen mechanische Stoß-Beanspruchung. Insbesondere weisen die Längswände eine hohe Beul-Sicherheit auf. Dies alles gilt trotz Fertigung des Hohlkörpers aus einem Faserverbundwerkstoff mit überwiegender Faserorientierung in Längsrichtung.

Gemäß einem wichtigen weiterführenden Gedanken der Erfindung ist der langgestreckte Hohlkörper des Tragbalkens nicht mehr wie bisher (siehe z. B. US-PS 31 34 126 oder US-PS 47 89 432) ein im wesentlichen einstückiges Bauteil einschließlich einer daran angeformten und das Arbeitselement wie z. B. die Schaberklinge tragenden flanschartigen Leiste. Statt dessen wird diese Leiste (oder gegebenenfalls mehrere Leisten) vorzugsweise als ein vom Hohlkörper separates Bauteil ausgebildet, wie an sich aus der US-PS 38 00 357 bekannt. Hierdurch wird die Herstellung des Hohlkörpers aus dem Faserverbundwerkstoff - zunächst also ohne die Leiste - wesentlich erleichtert, insbesondere wenn der Hohlkörper eine große Länge (Größenordnung 10 m) aufweisen soll. Die separat hergestellte Leiste (bzw. die Leisten) wird (bzw. werden) sodann mittels geeigneter Verbindungselemente am Hohlkörper befestigt. Abweichend hiervon ist es aber auch möglich, den Hohlkörper und die Leiste gemeinsam als ein einstückiges Bauteil aus dem Faserverbundwerkstoff herzustellen.

Bei allen diesen Ausführungsformen der Erfindung kann der langgestreckte Hohlkörper einen im wesentlichen polygonartigen, also beispielsweise drei- oder viereckigen Querschnitt aufweisen. In diesem Falle sind also beispielsweise drei oder vier schwach konvex gekrümmte Längswände vorhanden. Möglich ist aber auch ein ovaler Querschnitt, so daß nur zwei schwach konvex gekrümmte Längswände vorhanden sind, die (wie bei den anderen Ausführungsbeispielen) durch konvex gerundete Übergangszonen miteinander verbunden sind.

Wenn die genannte Leiste (oder Leisten) unabhängig vom Hohlkörper des Tragbalkens gefertigt wird bzw. werden, dann gibt es für das Verbinden der Leiste (oder der Leisten) mit dem Hohlkörper verschiedene Möglichkeiten: Falls die Leiste z. B. aus einem metallischen Werkstoff hergestellt wird, muß dafür gesorgt werden, daß sich die Leiste bei Temperatur-Schwankungen relativ zum Hohlkörper in Längsrichtung dehnen oder zusammenziehen kann. Es müssen also Verbindungselemente vorgesehen werden, die derartige Längsbewegungen der Leiste zulassen. Dasselbe gilt, wenn mehrere Leisten dieser Art vorhanden sind.

Bevorzugt wird jedoch gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung das separate Herstellen der Leiste (bzw. der Leisten) wiederum aus einem Faserverbundwerkstoff. Hierbei können der Faseranteil und die Haupt-Faserorientierung so gewählt werden, daß die Wärmedehnung in Längsrichtung - genauso wie beim Hohlkörper - nahe dem Wert Null liegt. Mit anderen Worten: Man wird dafür sorgen, daß die Wärmedehnung der Leiste(n) möglichst gleich der Wärmedehnung des Hohlkörpers ist. Letzteres ist besonders gut dadurch zu realisieren, daß als verstärkende Faserkomponente sowohl für die Leiste als auch für den Hohlkörper Kohlenstoff- oder Graphitfasern verwendet werden, Genauso wird man das Arbeitselement (z. B. eine Schaberklinge) und/oder den Halter für das Arbeitselement derart gestalten, daß es entweder die gleiche Wärmedehnung in Längsrichtung aufweist wie die Leiste(n) oder man wird eine Befestigung wählen, die eine Längsbewegung des Arbeitselements und/oder des Halters relativ zur Leiste erlaubt.

Die erfindungsgemäßen Teile können nach den aus dem Stand der Technik dem Fachmann bekannten Verfahren wie der Wickeltechnik (filament winding) oder der Legetechnik von Prepregbahnen, bei­ spielsweise nachträgliches Imprägnieren oder Beschichten des Rohkörpers mit Kunstharz und nachfolgendes Aushärten, gegebe­ nenfalls unter Anwendung von Temperatur und Druck hergestellt werden.

Zusätzliche Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von weiteren Unteransprüchen; sie werden nachfolgend anhand der zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.

Die Fig. 1 zeigt einen Schaber, teils in Seitenansicht, teils im Querschnitt.

Die Fig. 2 ist ein Teil-Längsschnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1.

Die Fig. 3, 4 und 5 zeigen schematisch weitere Schaber im Querschnitt, die von den Fig. 1 und 2 abweichen.

Die Fig. 1 zeigt einen sogenannten Abnahmeschaber, dessen Klinge 1 an der äußeren Mantelfläche eines Trockenzylinders 2 anliegt, dessen Drehrichtung durch einen Pfeil P angedeutet ist. Der Abnahmeschaber dient zur Reinigung der Mantelfläche des Trockenzylinders 2 und gegebenenfalls zur Abnahme einer bis zur Schaberklinge 1 laufenden Papierbahn. Die Schaberklinge 1 ist mittels einer insgesamt mit 3 bezeichneten Halte- und Schwenkvorrichtung an einer abgewinkelten Leiste 4 befestigt. Diese Leiste 4 ist ihrerseits mittels Schrauben 5 an einem ins­ gesamt mit 6 bezeichneten Hohlkörper befestigt. Zur Versteifung ist eine zusätzliche Leiste 7 vorgesehen, die einerseits mit der abgewinkelten Leiste 4 und andererseits ebenfalls mit dem Hohlkörper 6 verschraubt ist. Der Hohlkörper 6 und die Leisten 4 und 7 bilden gemeinsam einen Tragbalken für die Schaberklinge 1 (oder für ein anderes langgestrecktes Arbeitselement) und für die dazugehörende Halte- und Schwenkvorrichtung 3.

Alle die bisher genannten Bauteile sind beispielsweise Teile einer Papierherstellungsmaschine; sie haben alle eine Längser­ streckung (senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 1) in der soge­ nannten Maschinen-Querrichtung. Der Hohlkörper 6 hat in grober Annäherung einen dreieckigen Querschnitt; er hat somit drei Längswände 6a, 6b und 6c, die sich ebenfalls in der Maschinen- Querrichtung erstrecken und im Betrieb unterschiedliche Tempe­ raturen annehmen können. Sie sind deshalb aus einem Faserver­ bundwerkstoff hergestellt, worin die Haupt-Faserorientierung wenigstens angenähert in Längsrichtung verläuft, also ebenfalls quer zur Maschinenrichtung. Dies ist in Fig. 2 bei F angedeutet.

Die Längswände 6a, 6b und 6c sind schwach konvex gekrümmt und bilden zusammen mit konvex gerundeten Übergangszonen 6d, 6e und 6f ein einstückiges langgestrecktes Bauteil, nämlich den schon genannten Hohlkörper 6.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel haben alle drei Längswände die gleiche Breite a. Dies erleichtert die Her­ stellung des Hohlkörpers 6. Jedoch kann hiervon bei Bedarf ab­ gewichen werden. Der Krümmungsradius K jeder Längswand (z. B. 6a) ist wesentlich größer als ihre Breite a. Der Krümmungsra­ dius K wird im allgemeinen derart gewählt, daß die sogenannte Überhöhung h in der Größenordnung von 1/100stel der Breite a beträgt. In der gleichen Größenordnung (1 bis 2/100stel der Breite a) liegt auch die Wanddicke s des Hohlkörpers 6. Der Krümmungsradius R der Übergangszonen 6d, 6e und 6f liegt unge­ fähr bei 1/10 der Breite a.

Die Leisten 4 und 7, welche die Halte- und Schwenkvorrichtung für die Schaberklinge 1 tragen, sind ebenfalls aus einem Faser­ verbundwerkstoff gefertigt, der bezüglich der Wärmedehnung in Längsrichtung (also in Maschinen-Querrichtung) die gleichen Eigenschaften hat wie der Hohlkörper 6.

In den Hohlkörper 6 ist an jedem Ende eine sogenannte Balken­ kappe 9 eingesetzt. Deren Außenkontur ist an die konvexe Krüm­ mung der Längswände 6a, 6b, 6c angepaßt, so daß sie mit dem Hohlkörper 6 verschraubt werden kann. Jede der Balkenkappen, von denen nur eine sichtbar ist und die vorzugsweise aus Stahl gefertigt sind, hat einen eingeschweißten Lagerzapfen 8, der sich in Längsrichtung erstreckt. Die Lagerzapfen 8 dienen in bekannter Weise zur Abstützung des Schabers in stationären Lagern, die in der Zeichnung weggelassen sind. Falls erforder­ lich, kann der Schaber in den Lagern verschwenkt werden.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 hat wiederum eine Schaber­ klinge 1, eine Halte- und Schwenkvorrichtung 3, ferner Leisten 4′ und 7′ sowie einen Hohlkörper 6′. Der wesentliche Unter­ schied zu Fig. 1 besteht darin, daß der Hohlkörper 6′ einen un­ gefähr ovalen Querschnitt aufweist.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 ist ein Hohlkörper 6′′ vorgesehen, der nunmehr in grober Annäherung einen viereckigen Querschnitt aufweist und der wiederum aus einem Faserverbund­ werkstoff hergestellt ist. Zur Verbindung des Hohlkörpers 6′′ mit der Halte- und Schwenkvorrichtung 3 der Schaberklinge 1 sind wiederum zwei Leisten 4′′ und 7′′ vorgesehen. Diese sind, abweichend von Fig. 1, aus Stahl hergestellt. Sie sind deshalb mit dem Hohlkörper 6′′ nicht verschraubt; vielmehr sind Klammer­ elemente 10 vorgesehen, die ihrerseits mit dem Hohlkörper 6′′ verschraubt sind und die eine Längsdehnung der Leisten 4′′ und 7′′ relativ zum Hohlkörper 6′′ erlauben.

Die Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform, worin der Hohlkörper 6A und die Leiste 4A gemeinsam ein einstückiges und aus Faserver­ bundwerkstoff hergestelltes Bauteil bilden. Falls erforderlich, kann im Inneren der Leiste 4A ein Verstärkungselement 11 einge­ bettet sein. Die drei Längswände des Hohlkörpers 6A haben in Fig. 5 unterschiedliche Breite (abweichend von Fig. 1).

Claims (13)

1. Tragbalken für wenigstens ein langgestrecktes Arbeitselement, insbesondere für wenigstens eine Schaberklinge (1), die vorgesehen ist zur Verwendung in einer Maschine zur Herstellung oder Verarbeitung von Faserstoffbahnen, z. B. Papierbahnen, insbesondere zum Zusammenwirken mit der Mantelfläche einer Walze oder eines Trockenzylinders (2), mit den folgenden Merkmalen:

• a) der Tragbalken umfaßt einen langgestreckten Hohlkörper (6), der wenigstens zwei konvex gekrümmte Längswände (6a, 6b, 6c) aufweist, wobei der Krümmungsradius (K) jeder Längswand (6a, 6b, 6c) größer ist als ihre Breite, dadurch gekennzeichnet,
• b) daß der Hohlkörper (6) aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt ist, worin die Haupt-Faserorientierung (F) im wesentlichen in der Längserstreckung des Hohlkörpers verläuft;
• c) daß die Längswände (6a, 6b, 6c) des Hohlkörpers (6) miteinander mittels konvex gekrümmter Übergangszonen (6d, 6e, 6f) verbunden sind, wobei der Krümmungsradius (R) jeder Übergangszone (6d, 6e, 6f) kleiner ist als die Breite (a) einer benachbarten Längswand.

2. Tragbalken nach Anspruch 1 mit wenigstens einer das Arbeitselement (1) tragenden Leiste (4), dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (6) und die Leiste (4), wie an sich bekannt, als separat hergestellte Bauteile ausgebildet sind.

3. Tragbalken nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (6) in grober Annäherung einen dreiecki­ gen Querschnitt aufweist.

4. Tragbalken nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Längswände (6a, 6b, 6c) im wesentlichen gleiche Breite (a) aufweisen.

5. Tragbalken nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (6′) eine im wesentlichen ovale Quer­ schnittsform hat.

6. Tragbalken nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die das Arbeitselement (1) tragende Leiste (4) aus einem Faserverbundwerkstoff gefertigt ist, derart daß die Wärmedehnung der Leiste (4) in Längsrichtung wenigstens angenähert gleich der Wärmedehnung in Längs­ richtung des Hohlkörpers (6) ist.

7. Tragbalken nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die das Arbeitselement (1) tragende Leiste (4′′) am Hohlkörper (6′′) mittels Klammerelementen (10) befestigt ist, die eine Längsdehnung der Leiste rela­ tiv zum Hohlkörper zulassen.

8. Tragbalken nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß an jedem Ende des Hohlkörpers (6) im Inneren desselben eine sogenannte Balken-Kappe (9) angeord­ net ist, die ein Lagerelement (z. B. Zapfen 8) aufweist.

9. Tragbalken nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Balken-Kappen (9) nur mit den konvex gekrümmten Längswänden (6a, 6b, 6c) in Kontakt stehen.

10. Tragbalken nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Balken-Kappen (9) und gegebenenfalls die dazugehö­ renden Zapfen (8) aus einem Werkstoff mit höherem Elastizi­ tätsmodul gefertigt sind als der Hohlkörper (6).

11. Tragbalken nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß für das einzelne Arbeitselement (1) mehrere, vorzugsweise zwei Leisten (4, 7) vorgesehen sind, die nach Art eines Fachwerk-Verbundes einerseits mit dem Hohlkörper (6) und andererseits miteinander verbunden sind.

12. Tragbalken nach Anspruch 1 mit wenigstens einer das Arbeitselement (1) tragenden Leiste (4A), dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Hohlkörper (6A) und die Leiste (4A) ein einstückiges, aus Faserverbundwerkstoff hergestelltes Bau­ teil bilden.

13. Tragbalken nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mindestens eines der den Tragbalken bil­ denden Teile Kohlenstoff- oder Graphitfasern als den faser­ verstärkten Kunststoffkörper verstärkende Fasern enthält.