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Die Erfindung betrifft eine Schaberklinge zur Beschabung der Mantelflächen von Rotationskörpern, beispielsweise Walzen, Gurten, Sieben und Filzen, wie sie insbesondere bei Papier-, Karton- und Wellpappenmaschinen, Druckmaschinen und Kalandern eingesetzt werden sowie eine Walzenvorrichtung welche mittels einer solche Klinge beschabt wird.
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Schaberklingen werden in der Papier- und Druckindustrie zur Reinigung der Oberflächen von meist mit einem Walzenbezug versehenen rotierenden Walzen verwendet. Bei der Papierherstellung dienen Schaberklingen zum Entfernen des Flüssigkeitsfilms auf den Walzenbezügen, zur Reinigung der Walzenoberflächen von Verunreinigungen wie beispielsweise Papierfasern oder Strichrückständen und zur Konditionierung der Walzenoberflächen. Zudem verhindern die Schaberklingen, dass sich die Papierbahn im Falle eines Bahnrisses um die Walze wickelt und dabei die Papiermaschine beschädigt. Um diese Aufgaben zuverlässig erfüllen zu können, liegt die Schaberklinge mit einem bestimmten Druck an der äußeren Mantelfläche der jeweiligen Walze bzw. des jeweiligen Walzenbezugs an. Außer zur Reinigung von Walzen werden Schaberklingen in entsprechender Weise auch zur Reinigung und Konditionierung von umlaufenden Bändern, Gurten, Sieben und Filzen verwendet. Aufgrund des hohen Drucks, mit dem die Schaberklinge auf die Walzenoberfläche drückt, in der Regel beträgt der Anpressdruck 150 N/m (Angabe in Anpresskraft bezogen auf die Länge der Schaberklinge) und mehr, werden hohe Anforderungen an die Verschleißfestigkeit bzw. Abriebbeständigkeit der Schaberklingen gestellt. Da die Geometrie der mit der Walzenoberfläche in Kontakt tretenden Oberfläche einer Schaberklinge nicht mit der erforderlichen Genauigkeit an die Geometrie der beschabten Walzenoberfläche angepasst werden kann, liegen zu Beginn des Einsatzes einer Schaberklinge stets kleinere Abweichungen in den Geometrien der beiden aufeinanderliegenden Oberflächen vor, die erst im Verlauf eines anfänglichen Einschleifprozesses, dem sogenannten „Einlaufen“ der Klinge, ausgeglichen werden. Ein während der hierfür erforderlichen Einlaufzeit produziertes Papier ist häufig von minderwertiger Qualität, so dass von Seiten der Papierhersteller auf möglichst kurze Einlaufzeiten gedrungen wird.
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Es hat sich jedoch gezeigt, dass bei herkömmlichen Schaberklingen die durch die Abrasion während des Einlaufens und der späteren Beschabung bedingte Veränderung der Klingengeometrie zu verrundeten bzw. abgeflachten Klingenkanten mit der Folge einer reduzierten Schabwirkung führt.
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In den Schriften
EP 1 683 915 und
DE 10 2010 001 306 derselben Anwenderin wird zur Behebung dieses Problems vorgeschlagen, den Grundkörper einer Schaberklinge mit einer Schicht zu versehen, die eine höhere Abriebbeständigkeit aufweist, als der Grundkörper. Wie in dieser Schrift dargelegt, stellt sich dadurch ein kontinuierliches Nachschleifen der Klinge während des Betriebs ein, das das Verrunden der Klingenkanten vermeidet.
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Es hat sich bei Verwendung dieser Klingen jedoch gezeigt, dass sich bei fortgesetztem Verschleiß bisweilen über die Länge der Klinge -das heißt die Querrichtung der beschabten Walze- eine Art Sägezahnprofil ausbildet, wodurch der Kontakt der Klinge zur Walze, und damit die Reinigungswirkung der Klinge bzw. die Abnahme der Papierbahn von der Walze, reduziert wird. Dies führt in weiterer Folge zum Durchlassen von Papier und abgelagertem Schmutz, was in weiterer Folge zu einem vorzeitigen Wechsel der Schaberklinge oder bei Nichtwechsel zu massiven Schäden an der Anlage führt.
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Es ist daher eine Aufgabe dieser Erfindung, eine Schaberklinge vorzuschlagen, die auch bei fortgesetztem Verschleiß ihre Wirkung noch erfüllten kann. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung den Verschließ der Schaberklinge in ihrer Längenrichtung-das heißt die Querrichtung der beschabten Walze- zu vergleichmäßigen, und eine Sägezahnbildung zu vermeiden oder zumindest zu reduzieren.
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Diese Aufgaben werden vollständig gelöst durch eine Schaberklinge nach dem Kennzeichen des Anspruchs 1 sowie eine Walzenvorrichtung nach dem Kennzeichen des Anspruchs 13. Vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Schaberklinge zum Beschaben der Mantelfläche eines rotierbaren Körpers, wobei die Schaberklinge umfasst:
- - einen Grundkörper, der eine Stirnfläche zum Kontaktieren der Mantelfläche und an die Längskanten der Stirnfläche angrenzende Seitenflächen aufweist, und
- - eine erste Außenlage, die auf einer ersten der beiden Seitenflächen angeordnet ist.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die erste Außenlage ein Gewebe oder Gelege aus Verstärkungsfasern umfasst, das in eine Polymermatrix eingebettet ist, wobei der Winkel zwischen den Verstärkungsfasern und der Stirnfläche 30° oder mehr, insbesondere zwischen 60° und 80° beträgt.
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Bei dem rotierbaren Körper kann es sich zum Beispiel um eine Walze, einen Gurte, ein Sieb oder einen Filzen handeln, wie sie insbesondere bei Papier-, Karton- oder Druckmaschinen eingesetzt werden.
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Solche Schaberklingen weisen üblicherweise eine Dicke von einigen Millimetern, insbesondere 3mm oder weniger auf.
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Die Länge der Klinge richtet sich nach den Abmessungen des zu beschabenden Körpers. Bei einer Walze ist das üblicherweise die achsiale Erstreckung der Walze. Bei modernen Papiermaschinen kann die Länge der Klinge dabei mehr als 10m betragen. Die Breite einer Schaberklinge liegt in der Regel im Bereich zwischen 50mm und 105mm, meist bei 75mm.
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Es ist aus dem bereits zitierten Stand der Technik bekannt, eine Außenlage mit Verstärkungsfasern zu versehen. Die Verstärkungsfasern sind dabei in Längen und Breitenrichtung der Schaberklinge orientiert. Die ist zum einen dadurch begründet, dass sich so durch geeignete Wahl der Fasern die Steifigkeit der Klinge in Längen- bzw. Breitenrichtung einfach beeinflussen lässt. Zum anderen ist liegt dies auch im Herstellungsprozess der Klingen begründet. Diese werden als quasi endlose, d.h. über 100m lange Rolle hergestellt, welche die Breite der Klinge hat, und von der dann Stücke der benötigen Lägen abgetrennt werden. Verwendet man hierbei ein Gewebe zur Verstärkung, so werden bei dieser Herstellungsart zwangsläufig die beliebig langen Kettfäden in Längenrichtung und die Schussfäden in Breitenrichtung der Klinge orientiert.
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Eine solche Orientierung der Verstärkungsfasern hat aber den Nachteil, dass sie sehr ungleichmäßig verschleißen. Die Erfinder haben erkannt, dass Fasern, die in Längenrichtung der Klinge orientiert sind, und damit parallel zur Stirnfläche liegen, beim Kontakt mit dem rotierenden Körper in kürzester Zeit zerstört, und auch aus der Polymermatrix bzw. aus der Klinge herausgerissen werden, während die senkrecht dazu orientierten Fasern stehen bleiben. Da diese senkrechten Fasern langsamer verschleißen als die dazwischen liegende Polymermatrix entsteht eine sägezahnartige Struktur an der Stirnfläche.
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Zur Vermeidung dieser Sägezahnbildung sind die Verstärkungsfasern bei der vorliegenden Erfindung so eingebettet, dass sie nicht parallel zur Stirnfläche liegen. Ein Winkel zwischen den Verstärkungsfasern und der Stirnfläche von 30° oder mehr hat sich dabei als ausreichend erwiesen. Insbesondere Winkel zwischen 30° und 85°, bevorzugt zwischen 45° und 80° - beispielsweise 60°, haben sich als vorteilhaft erwiesen.
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Bei einer solchen ausreichenden Abweichung der Verstärkungsfasern von der Parallele zur Stirnfläche kann das Herauslösen bzw. -reißen der Fasern aus dem Matrixverbund vermieden werden. Der Verschleiß der Klingenspitze erfolgt langsamer und gleichmäßiger. Insbesondere wird die oben beschriebene Sägezahnbildung vermieden.
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Je nach Anwendung kann es erforderlich sein, dass die Schaberklinge eine zweite Außenlage umfasst, die auf der zweiten Seitenfläche des Grundkörpers angeordnet ist. Während die zweite Außenlage prinzipiell beliebig ausgeführt sein kann, kann auch für diese zweite Außenlage ein analoger Aufbau wie bei der ersten Außenlage vorteilhaft sein, um die Sägezahnbildung zu Vermeiden. Die zweite Außenlage kann deshalb auch ein Gewebe oder Gelege aus Verstärkungsfasern umfassen, das in eine Polymermatrix eingebettet ist, wobei der Winkel zwischen den Verstärkungsfasern und der Stirnfläche mehr als 30°, insbesondere zwischen 30° und 85°, bevorzugt zwischen 45° und 80° - beispielsweise 60° beträgt.
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Die Verstärkungsfasern der ersten Außenlage und/oder der zweiten Außenlage können abhängig von der zu erzielenden Wirkung gewählt werden. Es kann sich dabei insbesondere um Glasfasern, Aramidfasern, Mineralfasern, Karbonfaser, oder Kombinationen hiervon handeln. Sind zwei Außenlagen vorgesehen, können diese die gleichen oder unterschiedliche Arten von Fasern aufweisen.
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In bevorzugten Ausführungen können die ersten Außenlage und die zweite Außenlage identisch ausgeführt sein.
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Häufig wird es wünschenswert oder notwendig sein, in eine oder beide Außenlagen Verstärkungsfasern einzubringen, die unterschiedliche Orientierungen aufweisen. Hierbei ist es vorteilhaft, alle Verstärkungsfasern - oder zumindest nahezu alle Verstärkungsfasern - 30° oder mehr, insbesondere zwischen 30° und 85°, bevorzugt zwischen 45° und 80° gegenüber der Stirnfläche geneigt sind.
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Insbesondre kann es vorteilhaft sein, dass die erste Außenlage und/oder die zweite Außenlage erste Verstärkungsfasern und zweite Verstärkungsfasern aufweist, die unterschiedliche Orientierungen haben, wobei die ersten Verstärkungsfasern mit der Stirnfläche einen ersten Winkel zwischen 30° und 80° einschließen, während die zweiten Verstärkungsfasern mit der Stirnfläche einen zweiten Winkeln zwischen - 30° und - 80° einschließen.
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Die negativen Winkelangaben der zweiten Verstärkungsfasern, die in den Figuren nochmal näher erläutert werden, sollen die Angabe vereinfachen, wie die ersten und zweiten Verstärkungsfasern zueinander angeordnet sind. Ein Winkel von -45° oder - 60° etc. sollen im Rahmen dieser Anmeldung trotzdem als „Winkel zwischen den Verstärkungsfasern und der Stirnfläche von 30° oder mehr“ betrachtet werden.
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In besonders bevorzugten Ausführungen kann vorgesehen sein, dass der erste Winkel und der zweite Winkel betragsmäßig gleich sind.
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Bei Geweben stehen Kett- und Schußfäden nahezu senkrecht zueinander. Um hier für Kett- und Schussfäden das Kriterium der Winkel zur Stirnfläche um der verwendete Gewebestreifen entsprechend schräg aus dem Gewebeband geschnitten werden. Der Vorteil bei der Verwendung von Geweben ist, dass durch die Wahl des Schnittwinkels sehr einfach ein gewünschter Mindestwinkel gegenüber der Stirnfläche erzielt werden kann. Auf diese Weise lässt sich beispielsweise erreichen, dass die Kettfäden (=erste Verstärkungsfasern) einen Winkel von +45°, die Schussfäden (=zweite Verstärkungsfasern) einen Winkel von -45° aufweisen. Nachteilig an der Verwendung von Geweben ist jedoch, dass auf diese Weise die Länge der Schaberklingen limitiert ist. So lässt sich aus einem beispielsweise 100m langen und 1m breiten Gewebe unter einem Winkel von 45° nur ein Streifen von etwa 1.4m Länge herausschneiden. Für viele Anwendungen werden aber deutlich längere Schaberklingen mit 10m Länge oder mehr benötigt.
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Deutlich flexibler ist man bei der Verwendung von Gelegen. Hier müssen Fasern verschiedener Orientierung nicht senkrecht zueinander stehen. Es lassen sich Gelegebahnen mit sehr großer Länge (>100m) und geringer Breite (z.B. 1m, oder 1.2m), bei denen die Fasern - beispielsweise Karbonfasern - bereits in der Orientierung liegen, die später in der Schaberklinge gewünscht wird (z.B. +60° und - 60°). Damit ist auf sehr einfache Art auch die Herstellung von sehr langen Schaberklingen gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung möglich.
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Es kann vorteilhafterweise auch vorgesehen sein, dass die Verstärkungsfasern einer oder beider Außenlagen in mehr als zwei Richtungen orientiert sind. Das kann unter anderem dadurch realisiert sein, dass in einer Außenlage zwei Schichten aus Gewebe bzw. Gelege übereinander angeordnet sind, beispielsweise ein Gelege mit -60°/+60° orientierten Fasern kombiniert mit einem Gelege -45°/+45° orientierten Fasern. Die beiden Gelege können dann aus den gleichen Fasern aufgebaut sein. Es kann aber auch Vorteile bieten, wenn die beiden Gelege aus unterschiedlichen Fasern aufgebaut sind, die dann unterschiedliche Funktionen wahrnehmen können - z.B. ein Gelege zur Erhöhung der Abriebfestigkeit und das andere zur besseren Versteifung der Klinge.
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In Ausführungen der Erfindung, bei denen die Verstärkungsfasern einer oder beider Außenlagen in mehr als zwei Richtungen orientiert sind kann es im Übrigen durchaus möglich sein, dass einige der Verstärkungsfasern auch einen Winkel von weniger als 30° zur Stirnfläche aufweisen. Dadurch, dass in diesem Fall bereits Verstärkungsfasern in zwei Richtungen mit größerem Winkel in der Schabeklingen vorgesehen sind, weist die Struktur eine ausreichende Verschleißfestigkeit auf, so dass die zusätzlichen Verstärkungsfasern, die z.B. nur 15° oder gar nur 0° gegenüber der Stirnfläche geneigt sind, entweder im Verbund verbleiben, oder im Falle eines Herauslösens aus der Klinge die übrigen Verstärkungsfasern ein Ausbilden einer Sägezahnstruktur verhindern.
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So kann in bevorzugten Ausführungen in einer Außenlage ein Gelege vorgesehen sein, bei dem die ersten und zweiten Verstärkungsfasern Winkel von beispielsweise -30°/+30°, -45°/+45°, -60°/+60° oder -30°/+60° gegenüber der Stirnfläche aufweisen und zusätzlich noch ein Gewebe oder Gelege mit dritten und vierten Verstärkungsfasern, die Winkel von 0°/90° gegenüber der Stirnfläche aufweisen.
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Alternativ kann auch ein bi-, tri- oder quadraxiales Gelege (z.B. ein Karbonfasergelege) pro Außenlage eingesetzt werden. Dadurch kann auch mit einem einzelnen textilen Element pro Außenlage eine drei oder vierfache Orientierung der Fasern erreicht werden.
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Um beispielsweise das anfangs beschriebene kontinuierliche Nachschleifen der Klinge zu gewährleisten kann es vorgesehen sein, dass die erste Außenlage und/oder die zweite Außenlage abriebfester sind, als der Grundkörper.
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Um dies zu erreichen kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Grundkörper ein Wirrfaservlies umfasst, das in eine Polymermatrix eingebettet ist. Die Wirrfasern können dabei beispielsweise Fasern aus einem Polymer wie z.B. PET, PES, PP, PE oder Viskose und/oder Naturfasern wie Hanf, Flachs oder Baumwolle umfassen bzw. daraus bestehen.
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Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Grundkörper ein Schaummaterial umfasst, das in eine Polymermatrix eingebettet ist, wobei das Schaummaterial aus einem Naturschaum oder einem Kunststoffschaum gebildet sein kann.
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Der Kunststoffschaum kann dabei aus denselben Materialien bestehen, wie die oben beschriebenen Wirrfasern. Alternativ kann es sich auch um einem PU oder Epoxyschaum handeln.
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Als Alternative zum Kunststoffschaum kann auch eine Wabenstruktur („Honeycomb“) verwendet werden.
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Die Anteile der einzelnen Bestandteile des Grundkörpers können sich dabei je nach Ausführung signifikant unterscheiden.
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So kann der Grundkörper beispielsweise zwischen 0-30vol%, insb. zwischen 8 vol% - 20 vol% an Wirrfasern oder Schaum aufweisen, während der übrige Grundkörper aus Matrixmaterial inklusive Füllstoff besteht.
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Alternativ kann der Grundkörper beispielsweise zwischen mindestens 75vol%, insb. Zwischen 75 vol% -90 vol% an Schaum aufweisen, während der übrige Grundkörper aus Matrixmaterial inklusive Füllstoff besteht.
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Die Polymermatrix der ersten Außenlage und/oder der zweiten Außenlage und/oder des Grundkörpers kann dabei eine Epoxidmatrix oder eine Thermoplastmatrix sein.
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Die Polymermatrix der ersten Außenlage und/oder der zweiten Außenlage und/oder des Grundkörpers kann zudem noch Füllstoffe, beispielsweise abrasive Füllstoffe, insbesondere oxidische oder karbidische Hartfüllstoffe aufweisen.
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Bei diesen Hartfüllstoffen kann es sich beispielsweise um Silizium bzw. Siliziumcarbid, Bor, Titan, Titandioxid, Zirkon, Quarz, und Bornitrid handeln.
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In bevorzugten Ausführungen kann vorgesehen sein, dass der Grundkörper sowie zumindest eine Außenlage, insbesondere beide Außenlagen, die gleiche Polymermatrix aufweisen. Man gibt hierdurch zwar ein wenig an Gestaltungsfreiheit auf, aber vereinfacht die Herstellung des Klingenmaterials deutlich. Die Herstellung des Klingenmaterials kann dann nämlich dadurch erfolgen, dass man die jeweiligen textilen Bestandteile (d.h. Wirrvlies („Non-woven“) oder Schaum für den Grundkörper sowie geeignete Gelege oder Gewebe für die Außenlage(n)) aufeinander anordnet, und diesen gesamten Stapel dann in einem Schritt in die Polymermatrix einbettet. So erspart man sich separate Einbettungen für jede Lage, was den Herstellungsprozess massiv beschleunigt.
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Weiterhin wird eine Walzenvorrichtung für eine Papier-, Karton-, oder Druckmaschine vorgeschlagen, wobei die Walzenvorrichtung eine rotierbare Walze mit einer Mantelfläche, sowie eine Schabervorrichtung zum Beschaben des Walzenmantels umfasst. Dabei ist vorgesehen, dass die Schabervorrichtung eine Schaberklinge gemäß einem der beschriebenen Aspekte umfasst.
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Die Schabervorrichtung kann dabei der Reinhaltung der Walzenoberfläche dienen. Alternativ oder zusätzlich kann die Schabervorrichtung auch zur Abnahme der Papier- oder Kartonbahn von der Walzenoberfläche diesen.
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Derartige Walzenvorrichtungen können beispielsweise in der Trockenpartie einer Papiermaschine eingesetzt sein. In dem Fall kann die rotierbare Walze als Trockenzylinder oder Yankeezylinder ausgeführt sein.
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Auch beim Beschichten (Coating) oder Bedrucken von Papierbahnen können solche Walzenvorrichtungen vorteilhaft eingesetzt werden. Dabei können die Schaberklingen zum Beispiel überschüssiges Beschichtungsmedium (Pigment, Stärke etc.) oder Druckfarbe von der Walze abnehmen.
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Diese Beispiele sollen lediglich die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten einer solchen Walzenvorrichtung verdeutlichen. Die Erfindung ist dabei nicht auf diese Anwendungen beschränkt.
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In vorteilhaften Ausführungen kann vorgesehen sein, dass die Mantelfläche aus einem Metall oder einer Keramik besteht und eine Rauigkeit zwischen Ra=0.4µm und Ra=1.4µm aufweist.
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Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Mantelfläche aus einen Gummi oder Epoxidharz besteht, welches mit oxidischen und/oder karbidischen Hartstoffen gefüllt ist und eine Rauigkeit zwischen Ra=0.05 µm und Ra=2.5µm insbesondere zwischen Ra=0.06µm und 0.4µm aufweist
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Lässt die Schärfe der Schaberspitze im Betrieb nach (die Kontaktkante verrundet), so gelangen Fasern und Partikel des Papierherstellungsprozesses oder des Druckprozesses in den Schaber-Walzenkontakt. Diese werden durch die Gleitbewegung des Schabers auf der Walzenoberfläche in eine Rotationsbewegung versetzt und höhlen den Kern des Schabers aus. Hierzu ist es vorteilhaft, wenn dass die erste Außenlage und/oder die zweite Außenlage abriebfester sind, als der Grundkörper.
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Durch das Aushöhlen verringert sich die Auflagefläche des Schabers, wodurch der Schaberdruck -ausgeübt durch ein geeignetes Schaberhaltersystem- auf die Schaberspitze zunimmt. Die Schaberspitze, speziell die Außenlagen, wird nunmehr schneller verschließen und passt sich mit nun geschärfter Kante wieder an die Walzenoberfläche an. Dieses Einschleifen funktioniert vorzugsweise kombiniert auf harten keramischen oder hartmetallischen Walzenbezügen in einem Ra Bereich von 0,4 bis 1,4µm, oder aber auch auf mit oxidischen/karbidischen Hartstoffen (Silizium, Bor, Titan, Zirkon, Quarz, und Bornitrid) gefüllten weicheren Gummi oder Epoxidharzbezügen in einem Ra Bereich von 0,05 bis 2,5µm (vorzugsweise 0,06 bis 0,4µm). Mit dem fortschreitenden Einschleifvorgang werden die Kontaktfläche wieder größer und der Anpressdruck wieder gleichmäßig verteilt. Der Hohlraum unter dem weichen Schaberkern schließt sich wieder.
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Im Folgenden werden einige Beispiele für Schaberklingen gemäß verschiedenen Aspekte der Erfindung angegeben. Die Erfindung ist dabei nicht auf diese Beispiele beschränkt.
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In den Beispielen wird wiederholt eine Porosität als prozentualer Anteil des Grundkörpervolumens angegeben. Diese Porosität, bzw. dieser Porenanteil kann radiometrisch ermittelt werden, beispielsweise mit Hilfe eines Computertomografen. Alternativ können aber auch Schnitte des Grundkörpers gebildet werden, und über die Ermittlung des Anteils der Porenfläche des Schnittes der Anteils des Porenvolumens des Grundkörpers ermittelt werden.
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Die Porosität, sowie auch der Faseranteil sind wichtige Parameter des Grundkörpers. Über eine geeignete Einstellung dieser Parameter kann das kontinuierliche Nachschleifen der Schaberklinge optimiert werden. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Porosität der Kunststoffmatrix zwischen 2% und 15%, insbesondere zwischen 4% und 10% beträgt.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass in den Grundkörper Kunststofffasern, Kunststoffschaum, Honeycomb oder Faservliese eingebettet sind. Hier ist ein Faseranteil (bzw. Schaumanteil etc.) zwischen 0 vol% und 30 vol%, insbesondere zwischen 8 vol% und 20 vol% vorteilhaft.
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Alternativ kann der Grundkörper beispielsweise zwischen mindestens 75vol%, insb. Zwischen 75 vol% -90 vol% an Schaum aufweisen, während der übrige Grundkörper aus Matrixmaterial inklusive Füllstoff besteht.
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Beispiel 1
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Schaberklinge mit zwei Außenlagen umfassend je zwei Schichten Fasergewebe oder Fasergelege bestehend aus Glas-, Aramid-, Mineral-, Karbonfaser, oder aus Gemischen der genannten Fasern pro Seite. Der Grundkörper ist hergestellt aus Kunststofffasern, Kunststoffschaum, Honeycomb oder Faservliesen (Glas, Aramid, Mineral, Karbon, Polymerfasern oder Naturfasern) mit einem Faseranteil von 8-30 vol% eingebettet in eine Kunststoffmatrix mit einer Porosität von 2-15% des Grundkörpervolumens.
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Beispiel 2
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Beispiel 1, zusätzlich in allen Lagen (Außenlagen sowie Grundkörper) abrasive oxidische /karbidische karbidische Hartfüllstoffe (Silizium, Bor, Titan, Zirkon, Quarz und Bornitrid)
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Beispiel 3
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Wie Beispiel 1 oder Beispiel 2, wobei die beiden Außenlagen eine Schicht +/-45° Gewebe(-gelege) und eine Schicht +/-60°Gewebe(-gelege) je Außenlage umfassen.
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Beispiel 4
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Zwei Außenlagen mit je zwei Schichten von +/- 30° bis +/- 80° Fasergewebe oder Fasergelege bestehend aus Glas-, Aramid-, Mineral-, Karbonfaser, oder aus Gemischen der genannten.
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Grundkörper mit einem Faseranteil von 8 vol%-30 vol% mit einer Porosität im Bereich von 2 bis 10% des Grundkörpervolumens.
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Zusätzlich in allen Lagen (Außenlagen sowie Grundkörper) abrasive oxidische /karbidische Hartfüllstoffe (Silizium, Bor, Titan, Zirkon, Quarz und Bornitrid)
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Beispiel 5
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Zwei Außenlagen mit je zwei Schichten von +/- 30° bis +/- 45° Fasergewebe oder Fasergelege bestehend aus Glas-, Aramid-, Mineral-, Karbonfaser, oder aus Gemischen der genannten.
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Grundkörper mit einem Faseranteil von 8-30 vol% mit einer Porosität im Bereich von 2% bis 10% des Grundkörpervolumens.
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Zusätzlich in allen Lagen abrasive oxidische /karbidische Hartfüllstoffe (Silizium, Bor, Titan, Quarz, Zirkon und Bornitrid).
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Beispiel 6
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Zwei Außenlagen mit je zwei Schichten von +/- 46° bis +/- 80° Fasergewebe oder Fasergelege bestehend aus Glas-, Aramid-, Mineral-, Karbonfaser, oder aus Gemischen der genannten.
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Grundkörper mit einem Faseranteil von 8-30 vol% mit einer Porosität im Bereich von 2% bis 10% des Grundkörpervolumens.
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Zusätzlich in allen Lagen abrasive oxidische /karbidische Hartfüllstoffe (Silizium, Bor, Titan, Quarz, Zirkon und Bornitrid).
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Beispiel 7
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Wie Beispiele 1 bis 6, wobei die beiden Außenlagen aus unterschiedlichem Materialien bestehen. (z.B. eine Schicht +/-45° Karbonfasergewebe(-gelege) und eine Schicht +/-60° Basaltfasergewebe(-gelege) je Außenlage).
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Beispiel 8
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Zwei Außenlagen umfassend jeweils nur eine Schicht Karbonfasergewebe oder einem bi-, tri- oder quadraxialen Karbonfasergelege pro Außenlage.
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Beispiel 9
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Zwei Außenlagen umfassend jeweils eine Schicht +/- 45° Karbonfasergewebe pro Seite, Grundkörper mit einem Faseranteil von 8-30 vol% mit einer Porosität im Bereich von 2 bis 10% des Grundkörpervolumens . Zusätzlich in allen Lagen abrasive oxidische /karbidische Hartfüllstoffe (Silizium, Bor, Titan, Zirkon, Quarz und Bornitrid).
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Beispiel 10
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Zwei Außenlagen umfassend jeweils eine Schicht +/- 45° Karbonfasergewebe pro Seite, Grundkörper mit einem Faseranteil von 8-20 vol% mit einer Porosität im Bereich von 2 bis 10% des Grundkörpervolumens Zusätzlich in allen Lagen abrasive oxidische /karbidische Hartfüllstoffe (Silizium, Bor, Titan, Zirkon, Quarz und Bornitrid).
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Beispiel 11
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Zwei Außenlagen umfassend jeweils eine Schicht +/- 45° Karbonfasergewebe pro Seite, Grundkörper mit einem Faseranteil von 8-20 vol% mit einer Porosität im Bereich von 2 bis 10% des Grundkörpervolumens.
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Zusätzlich nur in den Außenlagen abrasive oxidische /karbidische Hartfüllstoffe (Silizium, Bor, Titan, Zirkon, Quarz und Bornitrid).
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Beispiel 12
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Zwei Außenlagen umfassend jeweils eine Schicht +/- 45° Karbonfasergewebe bzw. ~gelege pro Seite, Grundkörper mit einem Faseranteil von 8-20 vol% mit einer Porosität im Bereich von 2 bis 10% des Grundkörpervolumens. Keine Verwendung von abrasiven oxidischen /karbidischen Hartfüllstoffen.
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Beispiel 13
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Zwei Außenlagen umfassend jeweils eine Schicht +/- 45° Karbonfasergewebe pro Seite,
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Kompakter Grundkörper mit einem Faseranteil von 8-20 vol% und möglichst geringer Porosität im Bereich von weniger als 4% des Grundkörpervolumens. Zusätzlich in allen Lagen abrasive oxidische /karbidische Hartfüllstoffe (Silizium, Bor, Titan, Zirkon, Quarz und Bornitrid).
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren erläutert. Die Figuren zeigen im Einzelnen:
- 1 zeigt schematisch eine Schaberklinge sowie einen Ausschnitt einer Walzenvorrichtung gemäß einem Aspekt der Erfindung
- 2 zeigt einen Ausschnitt einer Schaberklinge gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung
- 3 zeigt eine Schabeklinge, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist.
- 4 zeigt eine Schaberklinge gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung
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1 zeigt eine Schaberklinge 1, die an die Mantelfläche 21 eines rotierbaren Körpers 20 angelegt ist. Bei dem rotierbaren Körper 20 kann es sich insbesondere um eine Walze 20 in einer Papier-, Karton-, oder Druckmaschine handeln. Die hier gezeigte Schaberklinge 2 hat dabei einen Grundkörper 2, der eine Stirnfläche 4 zum Kontaktieren der Mantelfläche 21 und an die Längskanten der Stirnfläche angrenzende Seitenflächen 5, 6 aufweist. An der ersten Seitenfläche 5 ist dabei eine erste Außenlagen 11 vorgesehen, und an der zweiten Seitenfläche 6 ist eine zweite Außenlage 12 vorgesehen. In alterativen Ausführungen kann auch lediglich eine Außenlagen, meist die erste Außenlage 11 vorgesehen sein. Je nach Ausführung können ein Grundkörper 2 sowie Außenlagen 11, 12 separat hergestellt werden, und die Außenlagen 11,12 dann an den Seitenflächen 5, 6 des Grundköpers 2 befestigt werden. Alternativ kann die Schaberklinge 1 aber auch in einem Stück hergestellt werden. Grundkörper 2 und Außenlagen 11, 12 unterscheiden sich dann durch ihren unterschiedlichen Aufbau. In diesem Fall bezeichnet der Begriff Seitenflächen 5, 6 die Grenze zwischen dem Grundkörpermaterial 2 und dem Material der Außenlagen 11, 12. Bei Schaberklingen 1 gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung umfasst zumindest die erste Außenlage 11 ein Gewebe oder Gelege aus Verstärkungsfasern 30 umfasst, das in eine Polymermatrix 35 eingebettet ist, wobei der Winkel zwischen den Verstärkungsfasern 30 und der Stirnfläche 34 30° oder mehr, insbesondere zwischen 45° und 80° beträgt, bevorzugt 60°.
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2 zeigt schematisch einen Ausschnitt einer Schaberklinge 1 mit einer ersten Verstärkungsfaser 31 und einer zweiten Verstärkungsfaser 32. Die Figur soll im Wesentlichen die Nomenklatur der Winkel erläutern. In aktuellen Ausführungen werden solche Schaberklingen 1 eine Vielzahl von ersten Verstärkungsfasern 31 und zweiten Verstärkungsfasern 32 aufweisen, die in Form eines Gewebes oder Gelegen in der Schaberklinge 1 bzw. in einer Außenlage 11,12 vorgesehen sind. In 2 schließen beiden Verstärkungsfasern 30, 31, 32 mit der Stirnfläche 4 einen Winkel der Größe α ein. Der Wert von α beträgt in Schaberklingen 1 gemäß verschiedener Ausführungen der vorliegenden Erfindung 30° oder mehr. Das negative Vorzeichen „-α“ gibt dabei an, dass der Winkel der zweiten Verstärkungsfasern 32 im Vergleich mit dem Winkel der ersten Verstärkungsfasern 31 umgekehrt orientiert ist. Diese Art der Winkelnotation erlaubt einen einfacheren und schnelleren Vergleich der Orientierung verschiedener Gruppen von Verstärkungsfasern 30, 31, 32 zueinander.
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3 zeigt eine Schaberklinge 1, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist. In der Außenlage 11, 12 sind erste Verstärkungsfasern 31 vorgesehen, die im Wesentlichen orthogonal zur Stirnfläche 4, und damit zur Mantelfläche 21 stehen, sowie zweite Verstärkungsfasern 32, die im Wesentlichen parallel zur Stirnfläche 4 bzw. Mantelfläche liegen. Diese Verstärkungsfasern 30, 31, 32 sind dabei in einer Polymermatrix 35 eingebettet. Ist die Schaberklinge 1 so weit verschlissen, dass eine der zweiten Verstärkungsfasern 32 mit der rotierenden Mantelfläche 21 in Kontakt steht, so wird dieser Faser 32 in kürzester Zeit aus der Schaberklinge 1 herausgerissen. Üblicherweise können so auch kleine Teile der Polymermatrix 35 herausbrechen. Die orthogonalen ersten Verstärkungsfasern 31 bleiben jedoch in der Schaberklinge 1 und ragen dann mit ihren Spitzen unten aus der Klinge 1 bzw. der Außenlage 11,12 heraus. Es entsteht das in der 3 als gestrichelte Linie angedeutete Sägehahnprofil 40. Bis diese herausragenden Spitzen der ersten Verstärkungsfasern 31 durch vergleichsweise langsamen Verschleiß abgetragen sind, berührt die Schaberklinge 1 die rotierende Mantelfläche 21 nicht durchgängig, wodurch ihre Wirkung deutlich beeinträchtigt ist.
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In 4 ist demgegenüber eine Schaberklinge 1 gemäß einer Ausführung dieser Erfindung gezeigt. In der Außenlagen 11,12, insbesondere der ersten Außenlagen sind auch hier erste Verstärkungsfasern 31 sowie zweite Verstärkungsfasern 31 in einer Polymermatrix 35 vorgesehen. Die Verstärkungsfasern 30, 31,32 können als Gewebe oder Gelege eingebracht sein. Erste 31 und zweite Verstärkungsfasern 32 können, wie im Stand der Technik, senkrecht zueinander angeordnet sein, sie können aber auch andere Winkel zueinander einnehmen. Wesentlich ist, dass die Verstärkungsfasern 30, 31, 32 nicht parallel zu der Stirnfläche 4 bzw. der Mantelfläche 21 angeordnet sind. Die Verstärkungsfasern weisen demgegenüber einen Winkel von 30° und mehr auf. Bei dem Beispiel der 4 sind die Verstärkungsfasern 31,32 exemplarisch mit +45°/- 45° angeordnet. Beim Kontakt mit der rotierenden Mantelfläche können diese Verstärkungsfasern 30, 31, 32, nun nicht mehr aus der Klinge herausgerissen werden, sondern bleiben fest mit der Struktur der Schaberklinge 1 bzw. der Außenlage 11, 12 verbunden. Die Ausbildung eines Sägezahns 40 wird vermieden und die Schaberklinge 1 liegt über ihre gesamte Längenrichtung L kontinuierlich an der Mantelfläche 21 an.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schaberklinge
- 2
- Grundkörper
- 4
- Stirnfläche
- 5
- Seitenfläche
- 6
- Seitenfläche
- 11
- erste Außenlage
- 12
- zweite Außenlage
- 20
- rotierbarer Körper
- 21
- Mantelfläche
- 30
- Verstärkungsfasern
- 31
- erste Verstärkungsfasern
- 32
- zweite Verstärkungsfasern
- 35
- Polymermatrix
- 40
- Sägezahn
- L
- Längenrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1683915 [0004]
- DE 102010001306 [0004]