DE69833374T2 - Verfahren zur herstellung von biegefesten länglichen körpern - Google Patents

Verfahren zur herstellung von biegefesten länglichen körpern Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines biegefesten langgestreckten Körpers, vorzugsweise einer Welle oder eines Trägers, wie im Oberbegriff zu Anspruch 1 angegeben.
  • Die Erfindung betrifft auch eine Anordnung für einen biegefesten langgestreckten Körper, vorzugsweise eine Welle oder einen Träger, wie im Oberbegriff zu Anspruch 7 angegeben.
  • Bei Papierherstellungsmaschinen kommen z.B. verhältnismäßig lange Wellen vor, die unter anderem als Spindeln zum Tragen von Papierrollen dienen. Diese werden gegenwärtig häufig als homogene oder rohrförmige Aluminium- oder Stahlwellen hergestellt, möglicherweise mit Längsumfangsaussparungen für luftaktivierte Festklemmsegmente oder dergleichen. Es versteht sich, dass eine Welle dieser Art selbst im Fall von vergleichsweise kurzen Längen eine verhältnismäßig große Masse aufweisen kann, insbesondere wenn die Welle große Lasten tragen soll. Bei Drehung kann ein Welle dieser Art auch Eigenfrequenzen in dem Geschwindigkeitsbereich entwickeln, der für diesen Typ von Anwendung relevant ist, und dadurch möglicherweise die Geschwindigkeit der Papierbahn begrenzen. Zusätzlich müssen diese Wellen beim Austausch von Spulen oder dergleichen häufig von Hand gehandhabt werden, was bedeutet, dass ein In-Konflikt-Geraten mit Arbeitsumgebungserfordernissen riskiert wird, die im Hinblick auf ein Hochheben von schweren Objekten auferlegt sind. Im Fall von großen Längen und hohen Beanspruchungen kann es auch schwierig sein, eine ausreichende Biegefestigkeit mit Wellen zu erhalten, die gemäß dem Stand der Technik erzeugt sind.
  • Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein Verfahren zur Erzeugung eines biegefesten langgestreckten Körpers, vorzugsweise einer Welle oder eines Trägers, und eine Anordnung für einen biegefesten langgestreckten Körper bereitzustellen, welches Verfahren und welche Anordnung dazu bei tragen, die vorerwähnten Probleme zu beseitigen oder auf jeden Fall zu verringern.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Erzeugung eines biegefesten langgestreckten Körpers, vorzugsweise einer Welle oder eines Trägers, wie in Anspruch 1 angegeben, erzielt.
  • Eine Anordnung für einen biegefesten langgestreckten Körper, vorzugsweise eine Welle oder einen Träger, wie in Anspruch 7 angegeben, wird auch gemäß der vorliegenden Erfindung erzielt.
  • Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens oder der Anordnung weisen zusätzlich ein oder einige der Merkmale auf, die in den respektiven Unteransprüchen angegeben sind.
  • Das Verfahren oder die Anordnung gemäß der Erfindung weist mehrere Vorteile auf. Mittels des Verfahrens gemäß der Erfindung kann ein biegefester langgestreckter Körper, vorzugsweise eine leichtgewichtige Welle oder Träger, erzeugt werden, dessen Biegefestigkeit beträchtlich erhöht ist und dessen Eigenfrequenz an die augenblickliche Anwendung angepasst werden kann.
  • Die Erfindung soll anhand von Beispielen für Ausführungsformen der Erfindung und die Anordnung und mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen in größerer Einzelheit unten erklärt werden.
  • 1 stellt eine erste Ausführungsform eines biegefesten langgestreckten Körpers gemäß der Erfindung in der Form einer Welle in einem Schnitt unter rechtem Winkel zu seiner Längsachse dar.
  • 2 stellt eine zweite Ausführungsform eines biegefesten langgestreckten Körpers gemäß der Erfindung in der Form eines Trägers in einem Schnitt unter rechtem Winkel zu seiner Längsachse dar.
  • In 1 bezeichnet 1 allgemein einen biegefesten langgestreckten Körper in der Form einer kreisförmigen Welle von dem Typ, der z.B. als eine Spindel in einer Papierherstellungsmaschine oder dergleichen geeignet ist. Die kreisförmige Welle 1 weist eine Anzahl von kreisförmigen Hohlräumen 2, 2a auf, die sich im Wesentlichen entlang ihrer ganzen Länge erstrecken, deren innere Oberflächen in einem Schnitt unter rechtem Winkel zu ihrer Längsachse sich in einem Abstand vom Massenschwerpunkt des Schnitts befinden. Einer von diesen Hohlräumen 2a ist konzentrisch um den Massenschwerpunkt des Schnitts angeordnet. Im Vergleich zu z.B. einer homogenen Metallwelle verringern die Hohlräume beträchtlich das Gewicht der Welle. Faserverbundkörper 3, 3a sind vorzugsweise durch Kleben an den Hohlräumen 2, 2a angebracht, welche Körper äußere Oberflächen aufweisen, die im Wesentlichen mit den inneren Oberflächen der Hohlräume 2, 2a kongruent sind, welche äußeren Oberflächen infolge der Befestigung durch Befestigen mit den inneren Oberflächen der Hohlräume verbunden sind. Die Faserverbundkörper 3, 3a können homogen sein, wie in den Hohlräume 2, in Umfangsrichtung liegen, oder röhrenförmig sein, wie der Faserverbundkörper 3a, der in der Höhlung 2a befestigt ist, die konzentrisch mit dem Massenschwerpunkt angeordnet ist. Der größte Teil der Fasern in den Faserverbundkörpern 3, 3a erstreckt sich im Wesentlichen parallel zur Längsachse der Welle 1 und sind entlang ihrer ganzen Länge langgestreckt.
  • Die Faserverbundkörper 3, 3a bestehen vorzugsweise aus Kohlenstofffaser in einer Epoxidmatrix, aber andere Fasern und Matrizes mit ähnlichen Eigenschaften sind natürlich denkbar. Zum Kleben wird ein Klebstoff auf Epoxid-, Acryl-, Polyurethan- oder Phenolharz-Basis verwendet.
  • Bei Herstellung der Welle entsprechend 1 beginnt man durch Erzeugen eines langgestreckten Wellenrohlings, wobei sich die Hohlräume 2, 2a im Wesentlichen entlang der ganzen Länge der Welle 1 erstrecken. Ein Faserverbundkörper 3, 3a mit einer äußeren Oberfläche, die im Wesentlichen mit der inneren Oberfläche des Hohlraums kongruent ist, wird dann in jeden Hohlraum 2, 2a eingepasst. Der größte Teil der Fasern im Faserverbundkörper 3, 3a sollte hierdurch im Wesentlichen parallel zur Längsachse des langgestreckten Wellenrohlings orientiert sein, und so, dass sie entlang seiner ganzen Länge langgestreckt sind.
  • In 2 beschreibt 1 im Allgemeinen einen biegefesten langgestreckten Körper in der Form eines rechteckigen Trägers. Wie die Welle entsprechend 1 weist der rechteckige Träger 1 eine Anzahl von Hohlräumen 2, 2a auf, die sich im Wesentlichen entlang seiner ganzen Länge erstrecken, wobei sich die inneren Oberflächen dieser Hohlräume in einem Schnitt unter rechtem Winkel zu seiner Längsachse in einem Abstand von seinem Massenschwerpunkt befinden. Wie in der vorherigen Ausführungsform ist einer von diesen Hohlräume 2a konzentrisch um den Massenschwerpunkt angeordnet. In den Hohlräumen 2, 2a sind wie in der Ausführungsform entsprechend 1 die Faserverbundkörper 3, 3a vorzugsweise durch Kleben befestigt, welche Körper äußere Oberflächen aufweisen, die im Wesentlichen kongruent mit den inneren Oberflächen der Hohlräume sind, welche äußeren Oberflächen durch Befestigen an den inneren Oberflächen der Hohlräume verbunden sind. Die Faserverbundkörper 3, 3a in allen Hohlräumen sind in dieser Ausführungsform homogen. Auch hier erstreckt sich der größte Teil der Fasern im Wesentlichen parallel zur Längsachse des langgestreckten Körpers, und sie sind entlang seiner ganzen Länge langgestreckt.
  • Die Erzeugung des Trägers 1a entsprechend 2 wird auf eine entsprechende Weise zu derjenigen für die Welle 1 entsprechend 1 ausgeführt.
  • Biegefeste leichtgewichtige Wellen oder Träger von einem willkürlichen Querschnitt können durch die Erfindung erzeugt werden. Die Biegefestigkeit von diesen kann durch Anordnen der inneren Oberflächen der Hohlräume 2, 2a erhöht werden, wobei sie mit den äußeren Oberflächen der Faserverbundkörper 3, 3a in einem größeren Abstand vom Massenschwerpunkt verbunden sind, und auf die umgekehrte Weise verringert werden, bei Betrachtung in einem Schnitt unter rechtem Winkel zur Längsachse der/des Welle/Trägers. Das obige kann auch verwendet werden, um den Wellen/Trägern gemäß der Erfindung die gewünschte Eigenfrequenz zu verleihen. Im Fall von sich drehenden Wellen ist es für die Hohlräume 2, 2a normalerweise geeignet, mit einem gleichen Teilungsabstand symmetrisch um den Massenschwerpunkt der Welle angeordnet zu sein, bei Betrachtung in einem Schnitt unter rechtem Winkel zu seiner Längsachse, während im Fall eines Trägers eine variierende Biegefestigkeit in unterschiedlichen Richtungen durch ein asymmetrisches Positionieren der Hohlräume 2, 2a erzielt werden kann. Aufgrund der Tatsache, dass die Faserverbundstoffe 3, 3a normalerweise von einer niedrigeren Dichte sind als das Material, das für den langgestreckten Körper verwendet wird, wird eine grundlegende Verringerung im Gewicht erzielt, verglichen mit einem homogenen Körper von denselben Abmessungen. Um das Gewicht weiter zu verringern, ist es für gewisse Anwendungen möglich, weitere Hohlräume 2, 2a anzuordnen, in denen die Faserverbundkörper 3, 3a nicht angeordnet sind.
  • Es ist für einen Fachmann ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist, sondern dass sie stattdessen Modifikationen im Bereich der erfinderischen Idee erfahren kann, die in den folgenden Patentansprüchen definiert ist. Z.B. ist es im Fall der Ausführungsformen entsprechend 1 oder 2 möglich, die Faserverbundkörper 3, 3a allein in den Hohlräumen 2, die in Umfangsrichtung liegen, oder alternativ nur in den Höhlungen 2a, die mit dem Massenschwerpunkt konzentrisch ausgeführt sind, anzuordnen. Es versteht sich auch, dass die Hohlräume 2, 2a einen beliebigen Querschnitt aufweisen können und dass die Faserverbundkörper in den Hohlräumen durch Schrumpfen befestigt werden können.

Claims (13)

  1. Verfahren zur Erzeugung eines biegefesten langgestreckten Körpers (1), vorzugsweise einer Welle oder eines Trägers, dadurch gekennzeichnet, dass ein langgestreckter Rohling mit einer Anzahl von Hohlräumen (2, 2a) erzeugt wird, die sich im Wesentlichen entlang der ganzen Länge des Rohlings erstrecken, wobei sich die innere Oberfläche des Hohlraums bei Betrachtung in einem Schnitt unter rechtem Winkel zu seiner Längsachse in einem Abstand von dem Massenschwerpunkt des Rohlings befindet, und dass in einer Anzahl der Hohlräume (2, 2a) ein Faserverbundkörper (3, 3a) mit einer äußeren Oberfläche befestigt wird, die im Wesentlichen mit der inneren Oberfläche des Hohlraums kongruent ist, und dass der größte Teil der Fasern im Faserverbundkörper (3, 3a) sowohl im Wesentlichen parallel zur Längsachse des langgestreckten Rohlings verlaufen als auch entlang seiner ganzen Länge langgestreckt sind.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserverbundkörper (3, 3a) im Hohlraum (2, 2a) durch Kleben befestigt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserverbundkörper (3, 3a) im Hohlraum (2, 2a) durch Schrumpfen befestigt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Klebstoff auf Epoxid-, Acryl-, Polyurethan- oder Phenolharz-Basis zum Kleben verwendet wird.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Fasermaterial in einer Kunststoffmatrix, vorzugsweise Kohlenstofffaser in einer Epoxidmatrix, als ein Faserverbundkörper (3, 3a) verwendet wird.
  6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling mit einer Anzahl von Längs hohlräumen (2, 2a) versehen wird, die bei Betrachtung in einem Schnitt unter rechtem Winkel zu seiner Längsachse mit gleichem Teilungsabstand symmetrisch um den Massenschwerpunkt des Rohlings angeordnet werden.
  7. Anordnung für einen biegefesten langgestreckten Körper (1), vorzugsweise eine Welle oder einen Träger, dadurch gekennzeichnet, dass der langgestreckte Körper (1) eine Anzahl von Hohlräumen (2, 2a) aufweist, die sich im Wesentlichen entlang seiner ganzen Länge erstrecken, wobei sich die innere Oberfläche des Hohlraums bei Betrachtung in einem Schnitt unter rechtem Winkel zu seiner Längsachse in einem Abstand von dem Massenschwerpunkt des Körpers befindet, und dass in einer Anzahl der Hohlräume (2, 2a) ein Faserverbundkörper (3, 3a) mit einer äußeren Oberfläche befestigt ist, die im Wesentlichen mit der inneren Oberfläche des Hohlraums kongruent ist, und dass der größte Teil der Fasern im Faserverbundkörper (3, 3a) sowohl im Wesentlichen parallel zur Längsachse des langgestreckten Körpers verlaufen als auch entlang seiner ganzen Länge langgestreckt sind.
  8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserverbundkörper (3, 3a) aus Fasermaterial in einer Kunststoffmatrix, vorzugsweise Kohlenstofffaser in einer Epoxidmatrix, besteht.
  9. Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Oberfläche des Faserverbundkörpers mit der inneren Oberfläche des Hohlraums mittels eines Klebstoffs verbunden ist.
  10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff auf Epoxid-, Acryl-, Polyurethan- oder Phenolharz-Basis vorliegt.
  11. Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Oberfläche des Faserverbundkörpers mit der inneren Oberfläche des Hohlraums durch Schrumpfen verbunden ist.
  12. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der langgestreckte Körper (1) mit Längshohlräumen einen spritzgegossenen Profilträger oder ein Rohr umfasst.
  13. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der langgestreckte Körper (1) eine Anzahl von Längshohlräumen (2, 2a) aufweist, die bei Betrachtung in einem Schnitt unter rechtem Winkel zu seiner Längsachse mit einem gleichen Teilungsabstand symmetrisch um seinen Massenschwerpunkt verteilt sind.
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