专利名称：造纸机/纸板机或整饰机的辊的内部伸长结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种造纸机/纸板机或整饰机的辊的内部伸长结构，如挠度补偿辊的轴或吸水辊的吸水箱。
流水作业的造纸机以接近2000m/min的速度运行，并且机宽接近11m。未来的发展趋势是要使这些数值持续增加。
上述两个数值的增加将改变当前的挠度补偿辊的动态尺寸测量，除非发明新的方法来操控辊的特定频率以避免临界的特定频率落入到运行区域中。挠度补偿辊包括固定轴和设置成围绕该固定轴旋转的套。所述套通过承载件支撑在所述轴上，所述承载件对套的内表面施加承载力，以将朝向与所述挠度补偿辊一起形成压区的背辊承载。在现代，压光机的挠度补偿辊较宽，因此需要将测定增加到四种之多来作为动态尺寸测定的结果，这将产生相当多的额外花费。并且辊质量的增加在涉及到起重机提升能力时也会产生问题，尤其是在旧工厂中。
在吸水辊中，多孔的套与推力轴上的轴承相配合地进行旋转。在该套的内部可以是单腔室的吸水箱或多腔室的吸水箱，该吸水箱的孔通向(受到密封条的限制)套的内表面以在吸水辊的特定部分引导抽吸。在辊的端部是一些聚合体，通过这些聚合体，外部的负压可以被接入至吸水箱。当该负压被接入至吸水箱时，在通过网或毛毯的纸幅下方形成真空。在传递的过程中，所形成的压差将水从所述纸幅移除到套中的孔处，或者在保持纸幅。腔室中的负压力根据吸水辊的预定用途而确定。在负压被接入至吸水箱时，吸水辊的一个问题在于吸水箱会朝向吸水辊套的内表面偏斜。这种情况下，外部压力将使得吸水箱沿着其吸入口的方向偏斜，由此吸水箱的封口对吸水辊套的中央区域的内表面的抵压更紧，从而封口的磨损在中央处比在边缘区域更严重。
在简化的形式中，辊的特定频率根据以下的公式确定fi=λi22·π·L2·(E·Im)1/2]]>
其中，λ为支承常数(support constant)L为辊宽EI为硬度，以及m为质量。
从特定频率的该等式中可以看出，在质量保持近似恒定时，除通过操控硬度之外，通过其他方法都不能有效地对其特性进行操控。其他消除由其自身振动而产生的有害作用的方法是提供使特定频率不会成为危害的非常高的辊内阻尼。
本发明的目的在于提供一种可以基本消除上述问题的技术方案。
为了实现上述目的，本发明的技术方案用于揭示一种造纸机/纸板机或整饰机的辊的内部伸长结构，其特征在于，该结构至少部分地由在基体材料中包含增强纤维的复合材料构成。
根据本发明的优选实施例，辊的内部伸长结构是挠度补偿辊的固定轴，该固定轴具有基本上由纤维增强复合材料制成的框架部，在该框架部上形成有沿轴的纵向延伸的钢制的支撑部，用于将支撑套的承载件支撑在轴上。根据本发明的另一优选实施例，辊的内部伸长结构是挠度补偿辊的固定轴，其具有基本上由金属制成的框架部，所述金属由纤维增强复合材料覆盖着。根据本发明的又一优选实施例，所述结构是位于吸水辊内部的吸水箱，其优选完全由复合材料构成。
复合材料指的是含有增强纤维和基体材料的结构，所述增强纤维为例如碳纤维、硼纤维或玻璃纤维或它们的混合物，所述基体材料可以是聚合的、陶瓷的或金属的。陶瓷材料包括各种氧化物和碳化物，如AL-、B-、Cr-、Ti-、Si-、Sn-、W-、Zn-、Zr-的氧化物和碳化物或它们的混合物；以及各种氮化物，如Bn和Si3N4。
以下结合附图对本发明进行更详细的描述，其中
图1示出了现有技术的挠度补偿辊的概略的纵剖面；图2示出了根据图1的辊的沿线II-II的横截面；图3示出了根据本发明的挠度补偿辊的概略的纵剖面；图4示出了图3的辊的沿线IV-IV的横截面；图5示出了图3的辊的端部；
图6示出了从箭头VI的方向观察时的图5的端部；图7示出了根据本发明而揭示的另一挠度补偿辊的端部的概略的纵剖面；图8示出了图7的实施例的一个改型；图9示出了根据本发明的挠度补偿辊的又一端部的纵剖面；图10示出了拆下辊的端部后从端部观察的图9的辊的视图；图11示出了根据本发明的又一挠度补偿辊的概略的横截面；图12示出了根据本发明的又一挠度补偿辊的概略的横截面；图13示出了现有技术的吸水辊的概略的纵剖面；图14示出了图13的吸水辊的概略的横截面。
图1和图2概略地示出了现有技术的包含有固定辊轴的挠度补偿辊10，围绕所述固定辊轴11设置有用于旋转的辊套12。辊套12通过液压承载件17支撑在辊轴11上。液压承载件沿压区平面的方向作用，并且通过这些液压承载件，可以沿辊的纵向上控制辊的压区轮廓。辊轴11通过轴颈18连接到辊的支撑结构。在公开的实例中，辊10设有对辊的主承载平面施加作用的滑动轴承14、14a，由此轴承14沿压区的方向(即沿与承载方向相对的方向)起作用，并且轴承14a沿与这些轴承14相对的方向上起作用。该辊还包括沿相对于主承载方向的横向起作用的横向滑动轴承15、15a，和通过润滑油膜分别设置在辊的端部13、13a上的、在轴向上起作用的轴向滑动轴承16、16a。在径向上起作用的滑动轴承14、15、14a、15a，在其各自的部分通过润滑油膜抵靠在辊套12的内表面上。这种类型的辊例如从第5,509,883号美国专利中已公知，因此不再对此进行更详细的描述。
图3至图6示出了根据本发明所揭示的挠度补偿辊，其中相同或相似的部件以与图1和图2中相同的附图标记标示。在该实施例中，辊轴11包括梁，其横截面基本呈I字形，并且由复合材料制成，该复合材料优选通过层叠而成的碳纤维增强材料。在梁24的上部设有纵向凹槽，在该纵向凹槽中通过中间层定位有钢制或铸铁制的支撑部26。中间层25校平热膨胀中的差异，并且将支撑部固定到纤维增强框架11上。在支撑部26上形成有用于液压承载件17的孔。附图标记27表示用于向位于承载件17下方的腔室供给液压介质的供给管路。在I型梁的底部已经将纤维增强板21-23附加到根据弯矩而确定的需要增加硬度的区域。增强板21-23可以连接在一起，并且可以例如通过与基体材料的粘结或通过螺栓接合，连接到所述的I型梁。将I型梁连接到推力轴40，例如通过如图5和图6所示的方式。推力轴40包括向内取向的辊固定部41，所述I型梁的突出端11a、11b形成至上述辊固定部41处；以及容置在上述突出端11a和11b之间的纸幅部分的凹槽。I型梁和推力轴的互锁通过螺栓连接件42来实现，所述螺栓从形成于辊固定部41的上表面上的水平面43延伸到凹槽45和46，所述凹槽45和46的设置减轻了推力轴的重量。除了螺栓连接，也可以通过例如粘结来实现锁定。由于与梁的中心部分相比连接处的弯矩较小，因此施加到连接处的应力不是很大。该技术方案可以相对简单地实现辊的组装。根据承载力的情况，I型梁的上部24也可以完全由钢或铸铁构成，在这种情况下，不需要单独的中间层25或支撑部26。钢制或铸铁制的上部也可以例如通过与基体材料粘结而被固定到纤维增强框架11上。还可以想到的是，使轴完全由复合材料构成。
图7示出了根据本发明所揭示的另一挠度补偿辊，其中辊轴11的框架是钢制的，并且与轴颈18形成一体的结构。这减轻了框架部分在多个包括相对较薄的支撑部11a的端部之间，的区域的重量，其中支撑部该支撑部11a承受压应力。压区载荷在承载件17一侧产生对轴的压应力，而在下部引起拉应力。为了承受拉应力，在轴的端部之间设有纤维增强杆或板30，所述杆或板30穿过端部并通过锁定装置31锁定在适当的位置，所述锁定装置31在图7中为锁紧螺母。杆或板30优选为碳纤维增强复合物制成。
图8所示的实施例与图7所示的实施例的不同之处仅仅在于锁定装置32，该锁定装置32是通过增强纤维的卷绕并通过与基体材料一起固定到杆或板30上而构成。
在根据图9和图10的实施例中，在辊轴的端部形成有安装突起36、38，并且相对端部通过增强纤维彼此连接，所述增强纤维浸入到基体材料中并沿轴的纵向卷绕，并且其形成了承受拉应力的复合材料的捆束35、37。使用安装突起可以将增强纤维卷绕一圈，由此在使用时该结构的强度比如图7和图8所示的单独的锁定装置更好；而在图7和图8中其连接比基材弱，由此其结构必须要根据连接强度来计算尺寸。在根据图9和图10的技术方案中，根据复合材料和例如钢或铸铁的轴材料计算尺寸。
在图7至图10的实施例中的另一个优点在于在中性轴上保持自由的空间，所述中性轴可以用于定位承载件的液压管。
以消除振动的危害为出发点，图11和图12示出了根据本发明的挠度补偿辊的其他实施例。这个已经通过在现有的辊轴11上增加复合材料制成的被覆层50来实现。图11示出了设有大致为圆形轮廓的轴11的挠度补偿辊的概略的横截面图，以及图12示出了设有被称作可移动的套的挠度补偿辊，其中轴的横截面基本呈矩形。附图标记14b表示辊的轴承装置。
被覆层50可以通过以下方式形成，例如首先对轴进行基底处理，如利用胶水，然后围绕轴卷绕如玻璃纤维或碳纤维的增强纤维层，以及将基体材料附加到增强纤维层上。附加基体材料可以例如通过在卷绕之前将待缠绕的纤维浸入基体材料中；或在卷绕纤维的同时在轴的表面上溅射基体材料来进行。在进行覆盖后，可以穿过被覆层在轴上精加工用于承载件17和轴承件14b的孔，并且添加诸如油收集装置等待固定于轴上的装置。通过卷绕而形成的被覆层也可以使设有平直表面的轴覆盖相对容易(图12)。
图13示出了现有技术的不具有内部吸水箱的吸水辊的原理图。该吸水辊包括辊套111，其与轴承配合以便在轴颈113A和113B上旋转，所述轴颈113A和113B通过端部凸缘112A和112B连接到辊套111。辊套111具有延伸穿过辊套111的多个套孔115。该图仅示出了套111的孔115的一部分。轴颈中的至少一个轴颈113B包括引导至辊内部的聚合体，外部的负压源(未图示)可以被接入至该聚合体。通过负压源，空气通过由吸水箱形成的部分抽出(箭头P2)，由此相应数量的空气(箭头P1)将通过辊套的孔115流入辊中。
图14示出了图13的吸水辊的截面图，并且在吸水辊内安装有吸水箱。吸水箱104和密封固定部105彼此之间刚性地固定。密封件101利用承载管103而承载到套111上，由此即使在吸水箱偏斜的情况下，密封件也能够以近似恒定的压力压向套。由于该密封压力，需要采用水润滑V来减少辊套的内表面上的磨损。当负压被接入至吸水箱104中时，吸水箱朝向套的内表面偏斜。在辊的纵向中央区域的偏斜最大，而吸水箱的端部则保持在适当的位置。目前，吸水箱通常由相对较薄的金属板制成，由此通过增加厚度来增加刚性时会增加重量，这是所不希望的。根据本发明，例如通过由可以增加刚性且减轻重量的复合材料所制成的密封固定部105或整个吸水箱104，可以减小吸水箱的偏斜。
权利要求
1.一种造纸机/纸板机或整饰机的辊的内部伸长的非旋转结构(11；104)，该辊包括围绕所述内部结构旋转的辊套，其特征在于，该结构至少部分地由在基体材料中包含有增强纤维的复合材料构成。
2.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，该结构由金属材料和复合材料的组合物构成。
3.根据权利要求2所述的结构，其位于挠度补偿辊中，该挠度补偿辊包括固定轴(11)和设置为围绕该固定轴(11)旋转的套(12)，该套通过承载件(17)支撑在该轴上，所述承载件向该套的内表面施加承载力，以朝向与所述辊一起形成压区的背辊承载该套，其特征在于，该结构为所述固定轴，该固定轴具有框架部(11)，该框架部(11)基本上由纤维增强复合材料构成，在该框架部(11)中形成有沿该轴的纵向延伸的钢制或铸铁制的支撑部(26)，该支撑部用于容置支撑该套的所述承载件(17)，并用于将所述承载件支撑在该轴上。
4.根据权利要求3所述的结构，其特征在于，在该轴(11)的与所述支撑部(26)相对并且受到拉应力的一侧添加增强的、由复合材料构成的板状构件(21-23)，用以沿该轴的纵向、在期望的位置处增加该轴的挠曲刚度。
5.根据权利要求2所述的位于该挠度补偿辊中的结构，该挠度补偿辊包括固定轴(11)和设置为围绕该固定轴(11)旋转的套(12)，该套通过承载件(17)支撑在该轴上，所述承载件向该套的内表面施加承载力，以朝向与所述辊一起形成压区的背辊承载该套，其特征在于，该结构是所述固定轴，该固定轴具有框架部(11)，该框架部(11)基本上由覆盖纤维增强复合材料(50)的金属构成。
6.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，该结构是位于吸水辊内部的吸水箱(104)。
7.根据权利要求6所述的结构，其特征在于，至少该吸水箱的密封件(104)的固定结构(105)由复合物构成。
8.根据权利要求6所述的结构，其特征在于，该吸水箱(104)基本上全部由复合材料构成。
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的结构，其特征在于，该复合材料中的纤维基本上沿该结构的纵向设置。
全文摘要
本发明涉及一种造纸机/纸板机或整饰机的辊的内部伸长结构(11；104)。该结构至少部分地由在基体材料中包含有增强纤维的复合材料构成。该结构优选由金属材料和复合材料的组合物构成。
文档编号D21F3/10GK1934361SQ200580009247
公开日2007年3月21日 申请日期2005年3月18日 优先权日2004年3月23日
发明者托米·科罗莱宁, 卡里·霍洛派宁, 阿里·莱赫托 申请人:美卓造纸机械公司