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Die
Erfindung betrifft eine Saug- oder Blaseinrichtung mit einer an
eine bewegte, Perforationen aufweisende Materialschicht, insbesondere
an den Mantel einer Saug- oder
Blaswalze, angrenzenden Unterdruck- bzw. Überdruckzone, insbesondere
in einer Maschine zur Herstellung einer Papier-, Karton-, Tissue-
oder einer anderen Faserstoffbahn, wobei die Unterdruck- oder Überdruckzone
mit wenigstens einer Dichtungseinrichtung, die an die bewegte Materialschicht
angrenzt, ausgestattet ist,
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Derartige
Dichtungseinrichtungen dienen zur seitlichen Abdichtung wenigstens
einer an eine bewegte Fläche
angrenzenden Überdruck-
oder Unterdruckzone in einer Papiermaschine mit wenigstens einem
der bewegten Fläche
gegenüberliegenden Dichtungselement,
einem diesem zugeordneten Halteelement und wenigstens einem Belastungselement,
durch das das Dichtungselement an die bewegte Fläche anpressbar ist.
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Diese
Dichtungseinrichtungen finden in der Praxis sowohl in der Formerpartie
als auch in der Pressenpartie und/oder in der Formerpartie und/oder der
Trockenpartie einer Papier- oder einer Kartonmaschine Verwendung,
wobei sie sich unter anderem in Saugwalzen oder Blaswalzen einsetzen
lassen. So besitzen Saugwalzen in der Regel feststehende innere
Saugkästen,
die Zonen unterschiedlichen Druckniveaus bilden, wobei die Abdichtung
der Druckzonen durch Dichtleisten erfolgt, die sich in der Regel zumindest
im wesentlichen über
die gesamte Walzenlänge
erstrecken.
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Zur
Erzielung der gewünschten
Dichtwirkung war es bisher allgemein üblich, die Dichtungselemente
oder die Dichtleisten solide auszuführen und durch die Druckelemente
an die betreffende bewegte Fläche
wie beispielsweise die innere Mantelfläche einer perforierten Saugwalze
anzupressen.
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Die
tribologischen Effekte oder Reibungseffekte zwischen der bewegten
Materialschicht und den Dichtungselementen, d. h. den Dichtleisten,
führen
zu einer materiellen Abnutzung der Dichtungselemente und zu einem
erhöhten
Energiebedarf für
den Antrieb der bewegten Materialschicht, die von dem Walzenmantel
gebildet wird. Dadurch verringert sich auch die Standzeit des Walzenmantels.
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Aus
der
DE 295 06 620
U1 ist eine Saugwalze mit einem drehbaren, gelochten Walzenmantel und
mit einem darin angeordneten stationären Saugkasten bekannt. Die
Saugwalze wird in einer Papierherstellungsmaschine eingesetzt, um
die Entwässerung
einer noch nassen Papier- oder Kartonbahn zu unterstützen. Bei
der bekannten Saugwalze berührt der
Saugkasten die Innenfläche
des Walzenmantels mittels Dichtleisten, die eine Saugzone begrenzen.
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, bei einer Saug- oder Blaseinrichtung
er eingangs genannten Art die Materialabnutzung zu reduzieren.
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Diese
Aufgabe wird bei einer Saug- oder Blaseinrichtung der eingangs genannten
Art dadurch gelöst,
dass zwischen der Materialschicht und der Dichtungseinrichtung,
insbesondere auf einer mit der Materialschicht jeweils eine Grenzfläche bildenden,
ersten auflaufseitigen und zweiten ablaufseitigen Dichtleiste, eine
die Reibung zwischen der Materialschicht und der Dichtungseinrichtung
verringernde Schicht vorhanden ist.
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Gemäß der Erfindung
wird somit die Fläche, die
die Materialschicht und die Dichtungseinrichtung mit einander bilden,
mit einer Schicht versehen, um die Reibung zu reduzieren. Dabei
wird unter Schicht im Sinne dieser Erfindung auch ein Aufbau aus
einer Mehrzahl von Schichten oder Beschichtungen verstanden. Jede
der Schichten oder Beschichtungen ist entweder auf der der Dichtungseinrichtung
zugewandten Oberfläche
der Materialschicht und/oder auf der der Materialschicht zugewandten
Oberfläche
der Dichtungseinrichtung aufgebracht.
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Ziel
der Erfindung ist es somit, eine Dichtungseinrichtung zu schaffen,
die geringere Reibungsbeiwerte zwischen den Dichtungselementen und
der bewegten Fläche
generiert. Damit sind geringere Materialabnutzungen der Dichtungselemente einerseits
und der Materialschicht andererseits, die insbesondere den Walzenmantel
bildet, möglich,
weil die tribologischen Parameter der Grenzfläche zwischen den Dichtungselementen
und der bewegten Fläche
der Materialschicht so verändert
werden, dass sich die Reibungsbeiwerte verringern.
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Der
Einsatz der Erfindung führt
infolge der verringerten Reibung der Dichtungselemente mit der Materialschicht
zu erhöhten
Standzeiten sowohl der Materialschicht als auch der Dichtungselemente
und zu einem geringeren Energiebedarf zum Antrieb der bewegten Materialschicht.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der
Beschreibung und den Zeichnungen.
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Von
Vorteil ist es dabei, wenn die Schicht durch ein in der Grenzfläche zwischen
der Materialschicht und der Dichtungseinrichtung, insbesondere der
ersten auflaufseitigen und/oder der zweiten ablaufseitigen Dichtleiste,
bewegtes Fluid gebildet wird oder wenn eine der Schichten zwischen
der Materialschicht und der Dichtungseinrichtung als Fluidschicht ausgebildet
ist. Das Fluid ist beispielsweise Luft, kann aber auch eine Flüssigkeit
sein. Insbesondere lässt
sich dem Fluid ein Medium, wie beispielsweise Graphit, zusetzen,
das besonders geeignet ist, Reibung zwischen zwei Flächen stark
zu verringern.
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Alternativ
oder zusätzlich
zu dieser Maßnahme
lässt sich
mit Vorteil vorsehen, dass an der Grenzfläche zwischen der Materialschicht
und der Dichtungseinrichtung, insbesondere der ersten auflaufseitigen
und/oder der zweiten ablaufseitigen Dichtleiste, eine die Reibung
zwischen der Materialschicht und der Dichtungseinrichtung verringernde Beschichtung
aus einem festen Material vorhanden ist.
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In
einer weiteren vorteilhaften Maßnahme wird
die Beschichtung entweder der Materialschicht und/oder mindestens
eines der Dichtungselemente mit einer Haifischhautstruktur an ihrer
Oberfläche ausgestattet,
wie sie beispielsweise aus der
DE 695 12 926 T2 bekannt ist.
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Eine
weitere Maßnahme
zur Verringerung der Reibung besteht in dem Einsatz einer Beschichtung,
die auf ihrer Oberfläche
den Lotuseffekt aufweist. Der Lotuseffekt ist an sich beispielsweise
aus der
DE 199 32
391 A1 bekannt
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Weitere
vorteilhafte Maßnahmen
zur Reduzierung der Reibung gehen davon aus, dass wenigstens an
oder in mindestens einer der Dichtleisten ein Mittel zum Kühlen der
Dichtleiste und/oder der Grenzfläche
zwischen der Dichtleiste und der Materialschicht angeordnet ist.
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Dabei
wird mindestens ein Dichtungselement vorzugsweise auf eine Oberflächentemperatur unter
der jeweiligen Sättigungsgrenze
von beispielsweise in Luft gelöstem
Wasser abgekühlt.
Durch die Kühlung
des Dichtungselements entsteht in der feuchten Umgebung ein Kondensat,
das im wesentlichen Wasser enthält.
Gemäß einer
Ausformung der Erfindung entsteht das Kondensat an der Grenzfläche zwischen
der Dichtungseinheit und der bewegten Fläche des Walzenmantels.
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Das
Kondensat, also beispielsweise Wasser, bildet bei weiterer Kühlung eine
feste Schicht; im Falle des Wassers also eine Eisschicht. Durch
eine derartige sehr dünne
Eisschicht zwischen der Dichtleiste und der bewegten Materialschicht,
d. h. der inneren Wandung des Walzenmantels, wird die Reibung zwischen
der feststehenden Dichtleiste und der bewegten Materialschicht erheblich
reduziert. Aber auch durch andere Fluide, beispielsweise durch Kohlendioxid,
lässt sich
eine Eisschicht erzeugen.
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Die
Kühlung
der Dichtungselemente kann durch mit Fluiden oder Kühlmitteln
gefüllte Leitungen erfolgen,
wobei unter Leitungen im Sinne der Erfindung auch Schläuche, Kanäle, Rohre
oder anderen Volumina oder feste, innen hohle Stäbe verstanden werden. Die Kühlung kann
auch durch Peltier-Elemente erfolgen.
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Von
Vorteil ist insbesondere eine Ausgestaltung der Erfindung, bei der
die Saug- oder Blaseinrichtung mindestens eine mit einem Kühlmittel
gefüllte
Leitung umfasst. Es versteht sich, dass die Leitung, etwa in Form
von Kühlschlangen,
durch die Dichtleiste hindurch verlaufen kann, wobei sie insbesondere
in unmittelbarer Nähe
zu der Innenwand des Walzenmantels, also in der Nähe der Grenzfläche, angeordnet
ist. Dadurch wird eine effektive Kühlung an der Grenzfläche und
das Kondensieren von Wasser als ein die Reibung verringerndes Fluid
gewährleistet.
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Das
Kühlmedium
wird durch das Leitungssystem zu einer Kühleinrichtung befördert, in
der es beispielsweise durch Kompression und anschließende Expansion
erneut abgekühlt
wird.
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Alternativ
wird das Kühlmedium
durch ein Peltier-Element abgekühlt,
oder das Peltier-Element ist
in der Dichtleiste integriert. Ein Peltier-Element im Sinne der
Erfindung umfasst beispielsweise auch eine Mehrzahl von einzelnen
Peltier-Elementen.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass das Kühlmittel
ein unter Druck stehendes Gas, insbesondere Druckluft, mit einer
niedrigen Temperatur ist und dass die Leitung mindestens einen Auslass
zum Ausblasen des Gases auf die zu kühlende Grenzfläche aufweist. Diese
Maßnahme
wird entweder allein eingesetzt oder in Verbindung mit anderen Kühlmaßnahmen.
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Gemäß der Erfindung
lassen sich die Kühlanordnungen,
wie sie oben beschrieben sind, in verschiedener Weise kombinieren;
so lassen sich beispielsweise ein Peltier-Element im Innern der Dichtleiste und
Röhren
auf der Außenseite
der Dichtleiste zum Kühlen
der Grenzfläche
einsetzen.
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Infolge
der verringerten Reibung der Dichtungselemente bzw. der vorwiegenden
Abnutzung der durch das Fluid zwischen dem Dichtungselement, insbesondere
der Dichtleiste, und dem Walzenmantel, d.h. der bewegten Materialschicht,
gebildeten Zwischenschicht sind erhöhte Standzeiten möglich. Aufgrund
der verringerten Reibung ist auch nur ein verringerter Energiebedarf
zum Antrieb des Walzenmantels erforderlich.
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Nachstehend
wird die Erfindung in zwei Ausführungsbeispielen
anhand der Zeichnungen näher erläutert. 1 und 2 zeigen jeweils einen schematischen
Querschnitt eines Ausschnitts einer Saugwalze.
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Eine
Saugwalze 1 (1)
weist einen mit durchgehenden Perforationen 2 ausgestatteten,
sich drehenden Walzenmantel 3 auf. (Aus Gründen der Vereinfachung
ist dieser hier ohne Krümmung
dargestellt. In Wirklichkeit hat dieser eine gekrümmte Kontur
entsprechend dem kreisförmigen
Querschnitt der Walze 1.) Über den Mantel 3 läuft in Richtung
eines Pfeils A eine Papierbahn 4 ab.
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Innerhalb
des Mantels 3 ist ein stationärer Saugkasten 5 angeordnet,
der die Innenfläche
des Walzenmantels 3 mittels einer auflaufseitigen und einer
ablaufseitigen, jeweils ein Dichtungselement bildenden Dichtleiste 6 berührt und
eine Unterdruckzone einer Saugeinrichtung bildet. Vorliegend ist
nur die ablaufseitige Dichtleiste 6 oder das ablaufseitige Dichtelement
dargestellt. Anstelle eines einzigen Saugkastens 5 kann
die Saugeinrichtung auch eine Mehrzahl von Saugkästen umfassen.
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Die
Dichtleiste
6 (und in entsprechender Weise auch die auflaufseitige
Dichtleiste) ist Teil einer Dichtungseinrichtung, wie sie an sich
bekannt ist. Hierzu wird beispielsweise auf die
DE 198 42 837 A1 verwiesen.
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In
der vorliegenden Ausgestaltung der Dichtleiste 6 ist diese
in einem Halteelement 7 in Richtung eines Doppelpfeils
B bewegbar angeordnet. Zum Anheben und Absenken der Dichtleiste 6 dient
ein als Belastungselement wirkender Schlauch 8, der mit
einem unter Druck stehenden Medium beaufschlagt wird. Je nach dem
Druck des Mediums in dem Schlauch 8 zieht sich dieser zusammen,
oder er bläht sich
auf; entsprechend wird die Dichtleiste 6 abgesenkt oder
angehoben.
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Aus
einem Rohr 9 wird in Bewegungsrichtung des Walzenmantels 3,
also in Richtung des Pfeils A, ein insbesondere gekühltes Fluid
aus Öffnungen 10 in
dem Rohr 9 in den Grenzbereich zwischen dem Walzenmantel 3 und
der Dichtleiste 6 und vorteilhafterweise auch noch zusätzlich gegen
die Dichtleiste 6 geblasen oder gesprüht, so dass sich diese abkühlt, insbesondere
im Bereich der Grenzfläche,
die sie mit dem sich bewegenden Walzenmantel 3 bildet.
In einer anderen Ausführungsform
der Erfindung ist es bereits ausreichend, wenn das Fluid allein dazu
dient, die Reibung zwischen dem Walzenmantel 3 und der
diesem zugewandten Oberfläche
des Dichtungselements bzw. der Dichtleiste 6 zu reduzieren.
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Das
Fluid ist entweder ein Gas, beispielsweise Luft, kann aber auch
eine Flüssigkeit,
beispielsweise Wasser, sein. Insbesondere wird dem Fluid ein Zusatz
beigefügt,
der geeignet ist, die Reibung zwischen dem Walzenmantel 3 und
der Dichtleiste 6 herunterzusetzen.
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Durch
die Kühlung
entsteht Kondensat an der Grenzfläche sowie auch an den Seitenwänden der
Dichtleiste 6 in Bereichen 11, 12, die
an den Walzenmantel 3 angrenzen.
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Zusätzlich oder
alternativ zu dem aus dem Rohr 9 auf die Dichtleiste 6 einströmenden kühlenden
Medium kann auch eine weitere, insbesondere Röhren, Schläuche oder andere Volumina umfassende
Kühleinrichtung 13 vorhanden
sein, die insbesondere neben der Dichtleiste 6 an deren äußerer Wandung
angebracht ist. Überdies
versteht es sich, dass das einzige Rohr 9 nur beispielhaft
für eine
Vielzahl von Rohren dargestellt ist, die im Einzelfall vorhanden
sein können.
Zudem ist auch nicht ausgeschlossen, dass auch in Ablaufrichtung
hinter der Dichtleiste 6 ein weiteres Rohr oder weitere
Rohre zum Ausströmen
eines Fluids in den Grenzbereich zwischen dem Walzenmantel 3 und
der Dichtleiste 6 vorhanden ist bzw. sind.
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Die
Kühleinrichtung 13 umfasst
beispielsweise eine Mehrzahl von Rohren, die jeweils parallel zu der
Seitenwand der Dichtleiste 6 verlaufen und diese mittels
eines in ihnen strömenden
kalten Fluids kühlen,
wodurch die Bildung eines Kondensats insbesondere auch im Grenzbereich
zu dem Walzenmantel 3 erreicht wird.
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In
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung (2) sind
im Innern der Dichtleiste 6 Leitungen 14 als Teil
einer Kühleinrichtung
vorgesehen. Zusätzlich
können
aber auch die anhand von 1 beschriebenen
Kühleinrichtungen
eingesetzt werden.
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In
einer weiteren (hier nicht dargestellten) Ausführungsform ist ein Peltier-Element
oder eine Mehrzahl von Peltier-Elementen, vorzugsweise im Innern
der Dichtleiste 6, oder an deren Außenwänden, insbesondere in unmittelbarer
Umgebung zu dem Walzenmantel, zur Kühlung im Bereich der Grenzfläche zu dem
Walzenmantel 3 angeordnet.
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Wenn
anstelle der Saugwalze 1 eine Blaswalze mit einem in ihrem
Innern nach Art des Saugkastens angeordneten Blaskasten eingesetzt
wird, können
dieselben Schichten, Beschichtungen und/oder Einrichtungen, wie
sie oben anhand der Saugwalze 1 beschrieben wurden, zum
Einsatz kommen, um die Reibung an der Grenzfläche zu vermindern, insbesondere
die Grenzfläche
zu kühlen,
wodurch ebenfalls die Reibung zwischen der Dichtleiste und dem Walzenmantel 3 aufgrund
der Bildung eines Kondensats von Wasser oder eines anderen Fluids verringert
wird.
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In
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung erstrecken sich die Kühleinrichtungen lediglich über einen
Teilbereich oder einige Teilbereiche der Walze.
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Zusätzlich oder
alternativ zu der durch den oben beschriebenen Maßnahmen
ist auf der Innenseite des Walzenmantels 3 eine Schicht
oder eine Schichtenfolge 16 aufgebracht. Die Schicht 16 weist ebenso
wie der Walzenmantel 3 Perforationen oder Bohrungen auf,
die genau an den Stellen angeordnet sind, an denen sich auch die
Perforationen 2 des Walzenmantels 3 befinden.
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Zusätzlich oder
alternativ ist auch die dem Walzenmantel 3 bzw. der Schicht 16 zugewandte Oberfläche der
Dichtleiste 6 mit mindestens einer Schicht oder einer Beschichtung
zur Verringerung der Reibung ausgestattet.