FI119446B - Paperi-/kartonkikoneen tai jälkikäsittelykoneen telan sisäpuolinen pitkänomainen rakenne - Google Patents

Description

119446

Paperl-/kartonkikoneen tai jälkikäsittelykoneen telan sisäpuolinen pitkänomainen rakenne

Esillä olevan keksinnön kohteena on paperh/kartonkikoneen tai jälkikäsittelykoneen 5 telan sisäpuolinen pitkänomainen rakenne, kuten esimerkiksi taipumakompensoidun telan akseli tai imutelan imulaatikko.

Nykyiset tuotantopaperikoneet ajavat tällä hetkellä nopeudella lähes 2000 m/min ja koneleveydet ovat lähes 11 m. Tulevaisuuden kehityssuunta on kasvattaa näitä ar-10 voja edelleen.

Kummankin kasvattaminen aiheuttaa nykyisissä taipumakompensoiduissa teloissa siirtymisen dynaamiseen mitoitukseen, jos ei keksitä uusia tapoja vaikuttaa telan ominaistaajuuteen siten, että kriittinen ominaistaajuus ei osu ajoalueelle. Taipuma-15 kompensoituun telaan kuuluu stationääiinen akseli ja sen ympäri pyöriväksi jäljestetty vaippa, joka on tuettu akselille kuormituselementtien avulla, jotka kohdistavat kuormitusvoiman vaipan sisäpintaa vasten vaipan kuormittamiseksi kohti mainitun telan kanssa nipin muodostavaa vastatelaa. Nykyisissä leveämmissä kalanterin taipumakompensoiduissa teloissa on jouduttu kasvattamaan mitoitusta jopa neljä 20 luokkaa dynaamisen mitoituksen myötä, josta aiheutuu huomattavia lisäkustannuksia. Lisäksi telojen massan kasvusta aiheutuu ongelmia nosturikapasiteetin suhteen, «» · : erityisesti vanhoissa tehtaissa.

« · · • · · * * • : j Imutelassa reiltetty vaippa pyörii laippa-akseleiden varaan laakeroituna. Vaipan • 25 sisällä voi olla yksi- tai useampikammioinen imulaatikko, jonka aukot avautuvat Ui-«·· · vistelIstojen rajoittamina vaipan sisäpintaan imun kohdistamiseksi imutelan määrät- ···· .***. tyyn sektoriin. Telan päädyissä on yhteet, joilla ulkoinen alipaine voidaan kytkeä • · imulaatikkoon. Alipaineen ollessa kytkettynä paperirainan alle muodostuu tyhjö vii- . ran tai huovan läpi. Muodostunut paine-ero poistaa vettä roinasta vaipan räkiin tai ··· *::: 30 pitää rainaa kiinni siirron aikana. Kammioiden alipaine määritellään Imutelan käyttö- • · *·»* tarkoituksen mukaisesti. Imutetojen kohdalla eräänä ongelmana on imulaatikon tai- puma kohti telavaipan sisäpintaa alipaineen ollessa kytkettynä imulaatikkoon. Tällöin :" *; ulkopuolinen paine taivuttaa imulaatikkoa sen imuaukkojen suuntaan, jolloin Imulaa- ··· ,, *. tikon tiivisteet painuvat voimakkaammin vasten telavaipan sisäpintaa telan keskialu-

» · I

• ♦ • · e · ♦ · · ♦ ·· • · 2 119446 eella, jolloin tiivisteet kuluvat voimakkaammin niiden keskialueella kuin reuna-alueissa.

Yksinkertaistettuna telan ominaistaajuus määräytyy seunaavan kaavan mukaan: 5 f2

2 n-L·2 i, “ J

10 missä λ on tuennan vakio L telan leveys EI jäykkyys ja m massa.

15 Ominaistaajuuden yhtälöstä voidaan nähdä, että sen ominaisuuksiin ei tehokkaasti voida vaikuttaa muuten kuin jäykkyyteen vaikuttamalla, kun massa pysyy suunnilleen vakiona. Itse haitallisten värähtelyjen poistamiseksi toinen keino on saada telan sisäisestä vaimennuksesta niin suuri ettei ominaistaajuuksista ole haittaa.

20 Esillä olevan keksinnön päämääränä on aikaansaada ratkaisu, jolla edellä mainitut ongelmat voidaan olennaisesti poistaa.

• · · • · · · · v : Tämän päämäärän saavuttamiseksi keksinnön mukaiselle ratkaisulle paperH/karton- :[[[: kikoneen tai jälkikäslttelykoneen telan sisäpuolisen pitkänomaisen rakenteen toteut- : 25 tamiseksi on tunnusomaista se, että rakenne muodostuu ainakin osittain komposllt- »M · •:. timaterlaalista, johon kuuluu lujltekuituja matriisimateriaalissa.

• 1ll • · · • 1 • ·

Keksinnön erään edullisen sovelluksen mukaisesti telan sisäpuolisena pitkänomaise- . na rakenteena on taipuma kompensoidun telan stadonäärinen akseli, jossa on olen- ;;; 30 naisesd kuitulujitteista komposiittia oleva runko-osa, johon on muodostettu terästä • 1 *·;' oleva, akselin pituussuunnassa ulottuva kannatinosa vaippaa kannattavien kuormi- : 1 1': tuselementtien tukemiseksi akselille. Keksinnön erään toisen edullisen sovelluksen • · :" 1 · mukaisesti telan sisäpuolisena pitkänomaisena rakenteena on taipumakompensol- » t .. 1. dun telan stadonäärinen akseli, jossa on olennaisesti metallia oleva runko-osa, joka • · · • · • · · « · · • · · • · 3 119446 on pinnoitettu kuftulujitteisella komposiittimateriaalilla. Keksinnön vielä erään edulli-sen sovelluksen mukaisesti rakenteena on imuteian sisäpuolinen imulaatikko, joka on tehty edullisesti kokonaan komposiittimateriaalista, 5 Komposiittimateriaalilla tarkoitetaan rakennetta, joka käsittää lujittavia kuituja, esim. hiili-, boori- tai lasikuituja tai niiden seoksia, ja matriisimateriaalin, joka voi olla polymeerinen, keraaminen tai metallinen. Keraaminen materiaali käsittää erilaiset oksidit ja karbidit, kuten esim. AI-, B-, Cr-, Ti-, Si-, Sn-, W-, Zn-, Zr-oksidit ja -karbidit tai niiden seokset sekä erilaiset nltridlt, kuten esim. Bn ja %Ν4.

10

Seuraavassa keksintöä selostetaan lähemmin oheisiin piirustuksiin viitaten, joissa:

Kuvio 1 esittää erästä tunnetun tekniikan mukaista tafpumakompensoitua telaa kaaviollisena pitkittäisleikkauksena, 15

Kuvio 2 esittää kuvion 1 mukaista telaa poikkileikkauksena pitkin viivaa Π-Π, kuvio 3 esittää erästä keksinnön mukaisesti toteutettua tafpumakompensoitua telaa kaaviollisena pitkittäisleikkauksena, 20 ... kuvio 4 esittää kuvion 3 mukaista telaa poikkileikkauksena pitkin viivaa 1V-IV, • 1 · • · • · • · 1 * kuvio 5 esittää kuvion 3 mukaisen telan päätyaluetta, • · • · · » · * 1 : 25 kuvio 6 esittää kuvion 5 mukaista päätyaluetta nuolen VI suunnassa katsottuna, «M • · ·

Kuvio 7 esittää erästä toista keksinnön mukaisesti toteutetun taipumakompensoi- • · · dun telan päätyaluetta kaaviollisena pitkittäisleikkauksena, *#· !···. 30 kuvio 8 esittää kuvion 7 mukaisen suoritusmuodon erästä muunnosta, e · ·· · i \1 kuvio 9 esittää vielä erästä toista keksinnön mukaisesti toteutetun taipumakom- »1· pensoidun telan päätyaluetta kaaviollisena pitkittäisleikkauksena, e ·· 1 • · 1 * · • · · .· · · * ·♦ • · 4 119446 kuvio 10 esittää kuvion 9 mukaista telaa päädystä nähtynä kuvantona telapääty poistettuna, kuvio 11 esittää vielä erästä toista keksinnön mukaisesti toteutettua taipumakom-5 pensoitua telaa kaaviollisena poikkileikkauksena, kuvio 12 esittää vielä erästä toista keksinnön mukaisesti toteutettua taipumakom-pensoitua telaa kaaviollisena poikkileikkauksena, 10 kuvio 13 esittää kaaviollisena pitkittäisleikkauksena erästä tekniikan tason mukaista imutelaa, ja kuvio 14 esittää kuvion 13 mukaista imutelaa kaaviollisena poikkileikkauksena.

15 Kuviot 1 ja 2 esittävät kaaviolllsesti erästä tunnetun tekniikan mukaista taipuma1 kompensoitua telaa 10, johon kuuluu stationäärinen tela-akseli 11, jonka ympäri pyöriväksi on järjestetty telavaippa 12. Telavaippa 12 on tuettu tela-akselille 11 hydraulisten kuormituselementtien 17 avulla. Hydrauliset kuormituselementit vaikuttavat nippitason suunnassa ja niiden avulla saadaan hallittua telan nippiproffllla telan 20 pituussuunnassa. Tela-akseli 11 on liitetty telan kannatinrakenteisiin akseiltapeilla 18. Tela 10 on esitetyssä esimerkissä varustettu telan pääkuormitustasossa vaikut- • V tavilla liukulaakereilla 14,14a, jolloin laakerit 14 vaikuttavat nipin suuntaan eli kuor- • ·· v : mitussuuntaan nähden vastakkaiseen suuntaan ja laakerit 14a niihin nähden vastakkaiseen suuntaan. Telaan kuuluu lisäksi sivullukulaakerit 15,15a, jotka val· i :1: 25 kutiavat pääkuormitussuuntaan nähden poikittaisessa suunnassa, sekä aksiaali- ♦ ·· · • 1 · suunnassa vaikuttavat aksiaallliuku laa kerit 16,16a, jotka tukeutuvat telapäätyihin • ••e .···. 13 ja vastaavasti 13a voiteiuainekaivon välityksellä. Säteittäisessä suunnassa vaikut tavat liukulaakerit 14,15,14a, 15a tukeutuvat puolestaan vasten telavaipan 12 sl· säpintaa voiteiuainekaivon välityksellä. Tällainen tela on tunnettu esim. US patentis- *::: 30 ta 5,509,883, eikä sitä kuvata lähemmin tässä yhteydessä.

• · • · *·· ΓΛ Kuvioissa 3-6 on kuvattu eräs keksinnön mukaisesti toteutettu taipumakompensoitu ·2’: tela, jolloin samoihin tai vastaaviin osiin on viitattu samoilla viitenumeroilla kuin ku- *·· vioissa 1-2. Tela-akseli 11 muodostuu tässä suoritusmuodossa poikkileikkaukseltaan • · « e · • · · • · e • ·· 2 • · 5 119446 olennaisesti I:n muotoisesta palkista, joka on tehty komposiittimateriaalista, edullisesti hiillkuitulujitteisesta materiaalista laminoimalia. Palkin yläosaan 24 on muodostettu pituussuuntainen ura, johon on sijoitettu terästä tai valurautaa oleva kanna-tinosa 26 välikerroksen 25 avulla. Välikerros 25 tasaa lämpöpitenemiserot ja kflnnit-5 tää kannatinosan kuitulujiterunkoon 11. Kannatinosaan 26 on muodostettu poraukset hydraulisia kuormituselementtejä 17 varten. Viitenumerolla 27 on merkitty hyd-raulivällaineen syöttöputkea kuormituselementin 17 alapuoliseen kammiotilaan.

I-palkln pohjaosaan eli vetopuolelle on lisätty kuitulujitteisia levyjä 21-23 taivutus-momentin perusteella määritettyihin, lisää jäykkyyttä vaativiin kohtiin. Jäyldstyslevyt 10 21-23 voidaan liittää toisiinsa ja I-palkkiin esim. matriisimateriaaiin avulla liimaamal la tai esim. pulttiliitoksella. I-palkki on liitetty laippa-akseliin 40 esimerkiksi kuvioiden 5 ja 6 esittämällä tavalla. Laippa-akseliin 40 on muodostettu telan sisäänpäin suuntautuva Idinnitysosa 41, johon on muodostettu I-palkin 11 ulkonevat päät 11a, 11b Ja niiden välisen uumaosan vastaanottavat urat I-palkin ja laippa-akselin keski-15 näinen lukittuminen on varmistettu pulttiliitoksilla 42, jotka pultit ulottuvat osan 41 yläpintaan muodostetusta tasopinnasta 43 syvennyksiin 45 ja 46, jotka syvennykset on järjestetty laippa-akselin keventämiseksi. Lukitus voidaan tehdä pultfiiiitoksen asemesta myös esim. liimaamalla. Liitokseen ei kohdistu kovin suuria rasituksia, koska taivutusmomentti on pieni verrattuna palkin keskikohtaan. Tämä ratkaisu 20 mahdollistaa suhteellisen yksinkertaisen telan kokoamisen. Kuormitusvoimista riippuen voidaan I-palkin yläosa 24 tehdä myös kokonaan teräksestä tai valuraudasta, :**]: jolloin erillistä välikerrosta 25 ja kannatinosaa 26 ei tarvita. Teräksinen tai valu- rautainen yläosa voidaan kiinnittää esim. matriisimateriaalilla liimaamalla kuitulujite-runkoon 11. On myös ajateltavissa akselin muodostaminen kokonaan : ,·. 25 komposiittimateriaalista.

t t · • ·ι 1 • · ·

Kuviossa 7 on esitetty eräs toinen keksinnön mukaisesti toteutettu taipumakompen- • · ’···’ soitu tela, jossa tela-akselin 11 runko on terästä ja se muodostaa yhtenäisen raken teen akselitapin 18 kanssa. Runko-osa on kevennetty päätyalueiden välisellä osuu- ...:’ 30 della, jossa se muodostuu suhteellisen ohuesta kannatinosasta 11a, joka vastaanot- • · :.,, ·1 taa puristusjännitykset. Nippikuormitukset aiheuttavat akseliin puristusjännityksiä : 1. 1. kuormituselementtien 17 puolelle ja alaosaan vebqjännitykslä. Vetojännityksien vas- | · · ·. taanottamiseksi akselin päätyosien välille on järjestetty kuitulujitteiset tangot tai ** levyt 30, jotka kulkevat päätyosien läpi ja ovat lukitut paikoilleen lukituselimillä 31, • e · e · · · • · · * e e * ·· • · 6 119446 jonka kuvion 7 suoritusmuodossa muodostaa lukitusmutterl. Tangot tai levyt 30 ovat edullisesti hlilikuitulujitteista komposiittia.

Kuvion 8 suoritusmuoto eroaa kuvion 7 suoritusmuodosta ainoastaan lukitusellmlen 5 32 osalta, jotka on muodostettu kelaamalla lujitekuiduista ja kiinnittämällä mat- riisimateriaalin avulla tankoon tai levyyn 30.

Kuvioiden 9 ja 10 mukaisessa suoritusmuodossa tela-akselin päätyosiln on muodostettu kiinnitysulkonemat 36,38 ja vastakkaiset päätyosat on liitetty toisiinsa akselin 10 pituussuunnassa kelatuilla, matrfisimateriaallin kastetuilla lujitekuiduilla, jotka muodostavat vetojännitykset vastaanottavat komposiittimateriaalia olevat niput 35,37. Kiinnitysulkonemien käyttö mahdollistaa lujitekuitujen kdaamisen yhtenäiseksi lenkiksi, jolloin rakenteen lujuus on parempi kuin esim. kuvioiden 7-8 mukaisia erillisiä lukituselimiä käytettäessä, joissa liitos muodostuu heikommaksi kuin perusmaterlaa-15 lit, jolloin rakenne on mitoitettava liitoksen kestävyyden mukaan. Kuvioiden 9 ja 10 suoritusmuodon mukaisessa ratkaisussa mitoitus tapahtuu komposiittimateriaalin ja akselin materiaalin, esim. teräs tai valurauta, mukaan.

Kuvioiden 7-10 suoritusmuodoissa lisäetuna on myös neutraallakseliile jäävä vapaa 20 tila, jota voidaan hyödyntää kuormituselementtlen hydrauliputkien sijoittelussa.

• * · S * * ** Kuvioissa 11 ja 12 on esitetty eräitä keksinnön mukaisia taipumakompensoidun te- >· · · * s t ’ lan llsäsuoritusmuotoja, joissa lähtökohtana on haitallisten värähtelyjen poistami- nen. Tämä on toteutettu lisäämällä olemassa olevan tela-akselin 11 päälle kompo- • i.i : 25 siittimateriaalia oleva pinnoite 50. Kuviossa 11 on esitetty kaaviollisena poikkileik- ., * · * kauskuvana lähes pyöreäproflilisella akselilla 11 varustettu taipumakompensoitu tela : * * *: ja kuviossa 12 ns. liikkuvavaippainen taipumakompensoitu tela, jonka akseli on • · poikkileikkaukseltaan olennaisesti suorakaiteen muotoinen. Viitenumeroilla 14b on esitetty telan laakerointielimiä.

···· ... 30 • ·

Pinnoitus 50 voidaan muodostaa esimerkiksi tekemällä akseliin ensin pohjakäsittely, : esim. liimalla, ja kelaamalla sen jälkeen lujitekuitukerros, esim. lasikuitua tai hiilikui- • · · tua, akselin ympärille ja lisäämällä matriisimateriaali lujitekuitukerrokseen. Mat-:·.·. riisimateriaalin lisäys voidaan tehdä esim. kastamalla kelattavat kuidut matriisimate- m · • · • · # • ·· • · 7 119446 riaallin ennen kelausta tai ruiskuttamalla matriisimateriaalia akselin pintaan samalla kun kuituja kelataan. Pinnoituksen jälkeen akseliin voidaan viimeistelykoneistaa pinnoituksen läpi kuormituselementtien 17 ja laakerielementtien 14b poraukset ja lisätä akselille kiinnitettävät elimet; kuten esim. öijynkeruueiimet Kelaamalla tehty pin-5 noitus mahdollistaa myös suorilla pinnoilla varustetun akselin (kuvio 12) pinnoittamisen suhteellisen helposti.

Kuviossa 13 on esitetty periaatekuva eräästä tekniikan tason mukaisesta imutelasta ilman sisäpuolista imulaatikkoa. Imutela käsittää telavaipan lii, joka on laakeroitu 10 pyörimään akselitapeilla 113A ja 113B, jotka liittyvät päätylaippojen 112A ja 112B kautta telavaippaan 111. Tdavaipassa lii on reiltys 115, joka muodostuu lukuisista telavaipan 111 läpi ulottuvista reflstä 115. Kuviossa on esitetty vain osa vaipan 111 refttyksestä 115. Ainakin toisessa akselitapissa 113B on telan sisäosaan johtavat yhteetr johon ulkopuolinen alipainelähde (ei esitetty kuviossa) voidaan kytkeä.

15 Aiipainelähteeliä imetään imulaatikon muodostaman sektorin kohdalta ilmaa ulos (nuoli P2); jolloin vastaava määrä Ilmaa nuoli (PO virtaa sisään telaan telavaipan. refityksen 115 kautta.

Kuviossa 14 on esitetty kuvion 13 mukainen imutela poikkileikkauksena ja imulaati-20 kon ollessa asennettuna sen sisäpuolelle. Imulaatikko 104 ja tiivisteiden pldinosa 105 on kiinnitetty jäykästi toisiinsa. Tiivisteitä 101 kuormitetaan vaippaa 111 vasten '·· · j V kuormitusletkuilla 103, jolloin tiivisteet saadaan painamaan vaippaa vasten suunnil- : T: leen vaklopaineella imulaatikon taipuneessakin tilanteessa. Tiivistepaineesta johtuen •'": vesivoitelu V on tarpeen tiivisteiden ja telan vaipan sisäpinnan kulumisen vähentä- ··· : .1. 25 miseksi. Kytkettäessä alipaine imulaatikkoon 104 se taipuu vaipan sisäpintaa kohti.

1:1 Taipuminen on voimakkainta telan pituussuuntaisessa keskialueessa, Imulaatikon päätyjen pysyessä paikoillaan. Nykyisin imulaatikko on tehty tavallisesti suhteellisen * 1 1 ohuesta pellistä, jolloin jäykkyyden lisääminen paksuutta lisäämällä lisäisi painoa, mikä el ole toivottavaa. Imulaatikon taipumista voidaan vähentää keksinnön mukai-··; 30 sesti muodostamalla esim. tiivisteiden pidinosa 105 tai koko Imulaatikko 104 kompo- :: siittimateriaalista, mikä mahdollistaa suuremman jäykkyyden pienemmällä painolla.

*· 1 a 1 · • a • 1 • · · • · • a a a a a a a a a a 1 • 1 • · · • 1 1 • at a a

Claims (9)

119446

1. Paperi'/kartonkikoneen tai jälkikäsittelykoneen telan sisäpuolinen pitkänomainen pyörimätön rakenne (11;104), jossa telassa on mainitun sisäpuolisen rakenteen ym- 5 pari pyörivä telavaippa, tunnettu siitä, että rakenne muodostuu ainakin osittain komposiittimateriaalista, johon kuuluu lujitekuituja matriisimateriaalissa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen rakenne, tunnettu siitä, että rakenne muodostuu metallimateriaalin ja komposiittimateriaalin yhdistelmästä. 10

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen rakenne taipumakompensoidussa telassa, johon kuuluu stationäärinen akseli (11) ja sen ympäri pyöriväksi järjestetty vaippa (12), joka on tuettu akselille kuormituselementtien (17) avulla, jotka kohdistavat kuormi-tusvoiman vaipan sisäpintaa vasten vaipan kuormittamiseksi kohti mainitun telan 15 kanssa nipin muodostavaa vastatelaa, tunnettu siitä, että rakenteena on mainittu stationäärinen akseli, jossa on olennaisesti kuitulujitteista komposiittia oleva runko-osa (11), johon on muodostettu terästä tai valurautaa oleva, akselin pituussuunnassa ulottuva kannatinosa (26) vaippaa kannattavien kuormituselementtien (17) vastaanottamiseksi ja tukemiseksi akselille. 20

·*·*; 4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen rakenne, tunnettu siitä, että akselin (11) mai- · nittuun kannatinosaan (26) nähden vastakkaiseen, vetojännityksen alaiseen puoleen on lisätty komposiittimateriaalia olevia jäykistäviä levymäisiä elementtejä (21-23) ·*· • akselin taivutusjäykkyyden lisäämiseksi halutuissa kohdissa akselin pituussuunnassa. ··· · ·:· 25

• · · · :*'*· 5. Patenttivaatimuksen 2 mukainen rakenne taipumakompensoidussa telassa, johon »•I kuuluu stationäärinen akseli (11) ja sen ympäri pyöriväksi järjestetty vaippa (12), ··· joka on tuettu akselille kuormituselementtien (17) avulla, jotka kohdistavat kuormi- ···· tusvoiman vaipan sisäpintaa vasten vaipan kuormittamiseksi kohti mainitun telan .·! : 30 kanssa nipin muodostavaa vastatelaa, tunnettu siitä, että rakenteena on mainittu stationäärinen akseli, jossa on olennaisesti metallia oleva runko-osa (11), joka on • · * . pinnoitettu kuitulujitteisella komposiittimateriaalilla (50). • · *·· • · • · ··♦ 119446

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen rakenne, tunnettu siitä, että rakenteena on imutelan sisäpuolinen imulaatikko (104).

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen rakenne, tunnettu siitä, että ainakin imulaati-5 kon tiivisteiden (104) pidinrakenne (105) on komposiittia.

8. Patenttivaatimuksen 6 mukainen rakenne, tunnettu siitä, että imulaatikko (104) muodostuu olennaisesti kokonaan komposiittimateriaalista.

9. Jonkin patenttivaatimuksen 1- 8 mukainen rakenne, tunnettu siitä, että kompo siittimateriaalissa olevat kuidut sijaitsevat olennaisesti rakenteen pituussuunnassa. • · · • · · • · • · • · 1 2 3 • · φ • · · • # · • · • · • · · • · • · · • · · *·· · • · · ·1·· • · · • · • · ··· • · · • 1 · · ... > • 1 / • · »Il • · • » · » · · • · • · 2 • · · • · · 3 119446 ίο