DE2336450C2

DE2336450C2 - Aus Keramik bestehendes Bauelement

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Publication number: DE2336450C2
Application number: DE19732336450
Authority: DE
Inventors: Robert Frazier Concord Tenn. Hunt; Charles Allen Knoxville Tenn. Lee
Original assignee: International Paper Co
Current assignee: International Paper Co
Priority date: 1972-07-19
Filing date: 1973-07-18
Publication date: 1986-09-18
Anticipated expiration: 2003-09-18
Also published as: JPS58160238U; FR2192991B1; FI55069C; GB1439693A; SE401845B; FR2192991A1; AU5829473A; DE2336450A1; FI55069B; JPS4992101A; JPS6021221Y2; IT989925B

Description

a) jede der aneinandergrenzenden ebenen Flächen (34, 36) der Keramikabschnitte (32) innerhalb einer Toleranzgrenze von etwa 0,5XlO-³ cm eben ist und eine Oberflächenrauhigkeit von weniger als 5 χ 10—* mm im arithmetrischen Mittelwert aufweist;

is b) die auf die Keramikabschnitte wirkende Vorspai.nkraft so bemessen ist, daß auch bei Durchbiegungen keine Spalte zwischen den Keramikabschnitten entstehen, jedoch eine Kraft nicht überschreitet, die die Abschnitte um mehr als 20% ihrer maximalen Druckfestigkeit zusammendrückt

2. Aus Keramik bestehendes Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikabschnitte.^) aus Aluminiumoxid enthaltendem Keramikmaterial bestehen.

Die Erfindung betrifft ein aus Keramik bestehendes Bauelement mit den Merkmalen des Oberbegriffs des

Anspruchs 1. "-

Es ist bereits ein Bauelement aus Keramik der eingangs erwähnten Art bekannt (DE-OS 21 10 564), das als auswechselbare Entwässerungsvorrichtung für Papiermaschinen verwendet wird, das mehrere abnutzungsbe- ■" ständige Abschnitte aufweist, die nebeneinander in einen Grundkörper der Entwässerungsvorrichtung eingesetzt sind. Eine Stange mit Spannbacken drückt die Abschnitte in der Richtung, in der sie aneinandergesetzt sind und zwar senkrecht zu ihren aneinanderstoßenden parallelen Oberflächen zusammen. Die durch die Einspannwirkung der Stange aufgebrachte Kraft verhindert eine Ausdehnung bei Temperaturen zwischen 55⁰C und 85° C, die während des Vapierherstellvorgangs auftritt, und es werden damit die Abschnitte so zusammengehalten, daß Fehler im hergestellten Papier vermieden werden.

In der Beschreibung dieses bekannten Bauelements sind nicht die Schwierigkeiten erwähnt, die durch Wärmespannungen entstehen, die das aus Keramik bestehende Bauelement quer zu seiner Längsrichtung verbiegen.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein längliches, aus Keramik bestehendes Bauelement der eingangs erwähnten Art zu schaffen, das thermische Änderungen und Verbiegungen innerhalb bestimmter Grenzen ohne weiteres aufnehmen kann.

Diese Aufgabe wird durch die in den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 angegebene Lehre gelöst. Vorzugsweise bestehen die Keramikabschnitte aus Aluminiumoxid enthaltendem Keramikmaterial.
Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen beispielshalber beschrieben. Dabei zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines länglichen, aus Abschnitten bestehenden Keramikbauelements

45 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

J F i g. 2 einen Schnitt durch einen Teil eines Bauelements nach F i g. 1;

F i g. 3 einen Abschnitt des Bauelements nach F i g. 1;

F i g. 4 eine stark übertriebene Darsteiiung mehrerer Abschnitte, die derart geneigt sind, daß sie die Erklärung der Berechnungen, die durchgeführt werden, erleichtern;

* 50 F i g. 5 eine stark übertriebene Darstellung eines Teils eines gebogenen zusammengesetzten Keramikbauelements und

F i g. 6 eine Ausführungsform einer Anordnung, bei der mindestens zwei relativ gegeneinander verschiebbare Teile vorgesehen sind.

Eine Ausführungsform einer Anordnung, die ein längliches, biegsames Keramikteil enthält und die ferner mindestens zwei Teile enthält, von denen eines relativ zu dem anderen bewegbar ist und in dieses reibend eingreift, ist ein Schaber, wie er in F i g. 6 dargestellt ist Die in dieser Figur dargestellte Vorrichtung ist als Selbstabnahmetrockner 24 ausgebildet, auf dem eine Papierbahn 20 getrocknet und gekreppt wird. Die Papierbahn wird um einen Teil der Umfangsfläche des Trockners 24 geführt und sie wird dadurch getrocknet, daß über dem zylindrischen Mantel 22 des Trockners Wärme zugeführt wird. Im allgemeinen wird Dampf, der in das 60 Innere des Trockenmantels geleitet ist, dazu verwendet, den Mantel zu erwärmen. Die Papierbahn 20 wird von dem Mantel 22 mit Hilfe einer Schaberklinge 26 abgehoben, die für die Herstellung einer gekreppten Papierbahn 28 in der Technik allgemein bekannt ist. Bei der beschriebenen Ausführungsform bildet der Trocknermantel 22 ein erstes Teil der Anordnung und er ist relativ zu der Schaberklinge 26 bewegbar und mit ihr im Eingriff, die ein zweites Teil der Anordnung bildet.

Bei der in F i g. 6 dargestellten Anordnung ist die Schaberklinge 26 gegenüber dem Trocknermantel 22 und zu der Papierbahn 20 mit Hilfe von Halterungseinrichtungen 25 angeordnet, die zwei Klemmbacken 27 und 27' aufweist, die Ansätze 29 bzw. 29' aufweisen, die wieder in passende Schlitze 31 und 3Γ in entgegengesetzten Oberflächen der Schaberklinge 26 eingreifen.

Bei Betrieb der dargestellten Anordnung dehnt sich die Oberfläche des Mantels 22 wegen der Erwärmung durch den Dampf ungleichförmig aus. Um nun die Schaberklinge mit dem Mantel in Berührung zu halten, damit die Bahn von dem Mantel abgehoben werden kann, ist es notwendig, die Schaberklinge so zu verbiegen, daß sie sich den Unregelmäßigkeiten der Manteloberfläche anpaßt

Eines der Teile der dargestellten Anordnung mit der Schaberklinge ist ein längliches biegsames Teil 30, das mehrere Keramikabschnitte 32 enthält, die jeweils zwei gegenüberliegende im wesentlichen parallele, ebene Oberflächen 34 und 36 aufweisen (F i g. 1). Das Teil 30 enthält die Schaberklinge gemäß F i g. 6. Wie man erkennt, sind die Keramikabschnitte mit aneinandergrenzenden Flächen direkt nebeneinander ausgerichtet, so daß sie das zusammengesetzte Teil 30 bilden, dessen Seitenflächen 34 und 36 im wesentlichen senkrecht zu der Längsachse d. h. zur Längsachse des zusammengesetzten Teils 30 verlaufen. Die ausgerichteten Abschnitte 32 werden mit Hilfe einer Spannvorrichtung 38 (F i g. 2) gegeneinander gedrückt.

jeder der Abschnitte 32 des länglichen Teils 30 ist aus einem harten dichten Keramikwerkstoff hergestellt,
jeder Abschnitt 32 weist zwei gegenüberliegende im wesentlichen ebene und parallele Flächen 34 und 36 auf. Die Abschnitte sind so nebeneinander angeordnet, daß ihre parallelen Oberflächen gegen die parallelen Oberflächen der daneben liegenden Abschnitte stoßen, so daß das längliche zusammengesetzte Bauelement 30 einer bestimmten Länge entsteht, das einer Druckkraft ausgesetzt wird, die im wesentlichen senkrecht auf den Oberflächen angreift Durch die ebene und parallele Ausbildung der aneinandergrenzenden Flächen der Abschnitte wird die Rissebildung und ein Brechen der Abschnitte durch ungleichmäßig zugeführte Beanspruchungen oder durch örtliche Beanspruchungen verhindert, da sich die Druckkräfte gleichmäßig über die angrenzenden Flächen verteilen. Die aneinandergrenzenden Flächen die innerhalb von 0,0005 cm eben -'.id und die eine I Oberflächenbearbeitungsgüte von weniger als 5 χ 10-⁶ mm im arithmetischen Mittelwert aufweiset* eignen sich

Γ für diese Zwecke. Wenn derartige einzelne -\bschnitte nebeneinander angeordnet werden ohne daß ein Verguß-

( material oder ein Klebmittel verwendet wird, dann liegen die aneinandergrenzenden flachen Oberflächen der

I nebeneinanderliegenden Abschnitte dicht über ihre gesamte Fläche nebeneinander. Bei einer Ausführungsfonn

; weist jeder Abschnitt eine öffnung 40 auf, die zwischen den gegenüberliegenden flachen Oberflächen 34 und 36

j verläuft. Diese Öffnung in einem Abschnitt ist mit entsprechenden Öffnungen angrenzender Abschnitte ausge-

I richtet, so daß durch das zusammengesetzte Bauelement 30 ein Kanal gebildet wird, in den eine Spannvorrich-

■ tung 38 eingesetzt werden kann, durch die die Abschnitte in ihrer Stapelrichtung zusammengedrückt werden.

I Wie bereits oben beschrieben, wird bei der Herstellung eines länglichen Elements einer bestimmten Länge

\ eine ausreichende Anzahl von Abschnitten 32 derart direkt nebeneinander angeordnet, daß die entsprechenden

j öffnungen 40 zueinander ausgerichtet sind, so daß sie zu der gewünschten Länge führen. Die nebeneinander

I angeordneten Abschnitte werden durch eine Kraft zusammengehalten, die im wesentlichen in Längsrichtung des

I zusammengesetzten Bauelements 30 zugeführt wird und die im wesentlichen senkrecht auf den ebenen paralle-

I len Oberflächen der Abschnitte steht Diese Kraft ist so groß, daß die Abschnitte elastisch zusammengedrückt

i werden, und sie wird beispielsweise dadurch zugeführt, daß durch eine Spannvorrichf ung 38 eine Druckkraft den

] entgegengesetzten Enden 42 und 44 des zusammengesetzten Bauelements 30 zugeführt wird. Eine geeignete

\ Spannvorrichtung ist ein Kabel 38, das durch die ausgerichteten Öffnungen 40 geführt ist, die sich zwischen den

I gegenüberliegenden Oberflächen 34 und 36 jedes der zueinander ausgerichteten Abschnitte befinden, das fei ner

I auf die gewünschte Länge gebracht ist und an den gegenüberliegenden Enden des zusammengesetzten Bauele-

j mems mit^l iilfe von Preßpassungen 46 eingespannt ist, damit eine Druckkraft auf die gegenüberliegenden Enden

I des zusammengesetzten Bauelements ausgeübt werden kann Es können andererseits auch andere Spannvor-

I richtungen verwendet werden, um die erforderliche Druckkraft auf die Abschnitte des zusammengesetzten

I Bauelements auszuüben. Eine andere derartige Spannvorrichtung weist eine Stange auf, die in die Öffnungen 40

j der Abschnitte eingesetzt ist und auf deren eines oder auf deren beide Enden eine Schraube aufgesetzt ist, so daß

t beim Festziehen dieser Schrauben die Stange gespannt wird und Druck auf die Abschnitte ausgeübt wird. Ein

I geeignete". Kabel, das dazu verwendet werden kann, die gewünschte Druckkraft auf die Abschnitte auszuüben,

! ist aus KohJenstoffstahl hergestellt, wie er gewöhnlich bei vorgespannten Betonbauten verwendet wird.

I Die Querschnittsfläche des Kabels 38 kann geringer sein als die Querschnittsfläche der Öffnung 40 jedes

ί Abschnitts und nachdem die Abschnitte auf dem Kabel angeordnet sind, kann der Zwischenraum zwischen dem

I Kabel und der Innenfläche der öffnungen in den Abschnitten mit einem Vergußmaterial 48 (Fig. 1 und Fig. 2)

j ausgefüllt werden, und zwar beispielsweise mit einem starren Polyurethan, damit das Kabel in den Öffnungen

I gehaltert ^;st. Ein geeignetes Vergußmaterial ist ein flüssig zu vergießendes Urethanpolymer. Dieses Vergußma-

i terial nimmt auch die axiale Bewegung der Abschnitte beim Zusammendrücken des zusammengesetzten Bauelements durch das Druckkabel und/oder eine relative Bewegung zwischen den Abschnitten und dem Kabel auf, ■ wenn das zusammengesetzte Bauelement während seiner Verwendung Tempctturänderungen ausgesetrt wird.

Aus den F i g. erkennt man, daß das aus Abschnitten zusammengesetzte Bauelement eine Platte oder ein i anderes Teil, beispielsweise einen Metallabschnitt 50 an jedem Ende aufweist, damit die Druckkraft über die

\ gesamte Fläche jedes Endabschnitts verteilt wird, damit Beschädigungen durch örtliche Kräfte vermieden

j werden. Wenn eine verhältnismäßig große Druckkraft erforderlich ist, läßt sicn eine solche größere Druckkraft

j durch mehrere Spannvorrichtungen, beispielsweise durch mehrere Kabel erreichen. Es werden dabei die einzel-

nen Kabel 38 in der gewünschten Weise durch voneinander getrennte, ausgerichtete Öffnungen in den Abschnitten hindurchgeführt Ein solcher Aufbau unterstützt eine gleichmäßige Verteilung der Druckkräfte über die gegeneinander stoßenden Oberflächen der· Abschnitte.

Die Biegsamkeit des zusammengesetzten Bauelements 30 wird dadurch möglich, daß verhältnismäßig kurze Abschnitte (die beispielsweise etwa 2,5 cm lang sind) verwendet werden, die von einer Druckkraft zusammengehalten werden, so daß dann, wenn das längliche zusammengesetzte Bauelement 30 um einen Abstand d über seine Länge (siehe Fiy, 5) ausgelenkt wird, mindestens ein Teil der Druckkraft in den Teilen 52 und 54 der aneinandergrenzenden Flächen 56 und 58 benachbarter Abschnitte 32, die sich an der Außenseite der Kurve A

des gebogenen Bauelements 30 befinden aufgehoben wird, so daß sich diese Teile der Abschnitte ausdehnen können, wodurch sie die Verbiegung ohne räumliche Trennung voneinander aufnehmen. Es ist dabei wesentlich, daß die Druckkraft, die die Abschnitte zusammenhält, geringer ist als die maximale Druckkraft, die auf das Keramikmaterial ausgeübt werden kann, und zwar um einen Betrag, der es ermöglicht, daß Teile 60 und 62 der aneinandergrenzenden Flächen 56 und 58 nebeneinanderliegende Abschnitte an der Innenseite der Kurve A des gebogenen Bauelements zusätzlich um einen Betrag zusammengedrückt werden können, der ausreicht, daß diese Teile der Abschnitte eine Zusammendrückung auf Grund der Verbiegung aufnehmen können, ohne daß diese Abschnitte zerstört werden. Ferner wird die Länge der einzelnen Abschnitte so gewählt, daß sie genügend klein sind, so daß sie mit geringen Kosten hergestellt werden können, wobei jedoch die Vorspannungskräfte, denen die Abschnitte ausgesetzt werden, berücksichtigt werden müssen, damit man das gewünschte Arbeitsverhalten des zusammengesetzten Bauelements bei auftretenden Verbiegungskräften erhält.

Neben den Verbiegungskräften müssen auch thermische Änderungen berücksichtigt werden, die das Bauelement dadurch beeinflussen, daß sie in den Keramikabschnitten und der Spannvorrichtung gewöhnlich verschiedene Wirkungen hervorrufen. Derartige thermische Änderungen oder Temperaturänderungen können durch Unterschiede in der Anlauftemperatur und der Betriebstemperatur einer Maschine oder einer Anordnung, in dem das Bauelement verwendet wird, gegeben sein, und/oder sie können durch Änderungen der Umgebungstemperatur des Bauelements während des Betriebs, des Versands oder des Einbaus gegeben sein.

Zur Berechnung der Zusammendrückung, die erforderlich ist, um bei einer maximalen Verbiegung eines Bäüeieffienis einer bestimmten Länge eine Trennung der Abschnitte zu vermeiden, sei angenommen, daß die 20 Verbiegung des Bauelements zu einer Form führt, wie sie ein einheitlich belasteter einfacher Träger aufweist, und daß die maximale Ablenkung genügend klein ist, (weniger als ein Prozent der Länge des Bauelements), so daß die Berechnungen auf Grund von Kreisbögen ausgeführt werden können und nicht auf Grund genauer

Kurven ausgeführt werden müssen. Die zuletzt genannten genauen Kurven könnten dann verwendet werden,

wenn genauere Berechnungen erforderlich sind; es hat sich jedoch herausgestellt, daß dies bei der Konstruktion || von biegsamen Bauelementen für die meisten Verwendungszwecke nicht erforderlich ist. Nach den F i g. 4 und 5 ~ wird für ein Bauelement 30 einer bestimmten Länge /(in mm), das eine Längsachse 73 aufweist, gegenüber der eine maximale Ablenkung d (in mm) längs einer Kurve A erfolgt, und das aus mehreren Abschnitten 32 zusammengesetzt ist, von denen jedes eine bekannte Länge aufweht und quer dazu in Richtung der zugeführten Biegekraft eine Abmessung //(in mm) aufweist und das eine Querschnittsfläche A_c (in mm²) hat, die Vorbelastung durch die Spannvorrichtung, beispielsweise ein Kabel 38, durch die auf die Keramikabschnitte die notwendige Druckkraft in N ausgeübt wird, die ein Trennen der Abschnitte ausschließt, dadurch errechenbar, daß man die folgende Gleichung benutzt

P₀(U)

Dabei ist:

E_c — der Elastizitätsmodul für die Keramik in MPa,

A_c = die Querschnittsfläche eines Keramikabschnitts in einer Ebene senkrecht zur Längsrichtung des zusammengesetzten Bauelements in mm²,

d = die maximal zulässige Ablenkung des Bauelements in mm,

h = die Abmessung eines Keramikabschnitts in einer Ebene senkrecht zur Längsrichtung des zusammenge-

setzten Bauelements und in Richtung der Ablenkkraft in mm,

/ = die Gesamtlänge des Bauelements in mm.

Als Gleichung (1) erkennt man, daß die anfänglich bestimmte Vorbelastung durch den Faktor 2 geteilt wird, damit man die Vorbelastung erhält, die beim Spannen des Kabels 38 verwendet wird. Dies ergibt sich aus der Art, in der die Keramikabschnitte beansprucht werden, wenn das Bauelement verbogen wird, während es zusamrr^ngedrückt ist Weim man einmal annimmt, daß das Kabel 38 sich in der Mitte zwischen den Enden des Abschnitts mit der Abmessung h befindet, dann ist die Beanspruchung jedes zusammengedrückten Keramikabschnitts wenn sich der Abschnitt im nicht verbogenen Zustand befindet an jeder Stelle längs der Abmessung h gleich. Wenn das Bauelement verbogen wird, dann wird die Beanspruchung in dem Teil des Abschnitts an der Außenseite, der sich ergebenden Kurve (auch am äußeren Ende der Abmessung h) auf Null herabgesetzt und die Beanspruchung in dem Teil des gleichen Abschnitts an der Innenseite der sich ergebenden Kurve verdoppelt Wenn folglich die ausgerichteten Abschnitte vorbelastet werden, dann wird als Vorbelastung für die Abschnitte der Mittelwert der ^; 5 Beanspruchungen längs der Abmessung //gewählt, wenn das Bauelement maximal verbogen ist

j Die Wirkung einer Temperaturänderung auf das Bauelement 30 muß auch berücksichtigt werden. Tempera-

60 turänderungen treten häufig dadurch auf, daß das Bauelement 30 bei einer ersten Temperatur, beispielsweise bei

j Raumtemperatur hergestellt wird und daß anschließend eine wesentlich höhere Betriebstemperatur verwendet

wird. In diesen Fällen nimmt die Spannung in dem Kabel 38 ab, wenn sich seine Temperatur erhöht, da sich das Kabel ausdehnt wenn es erwärmt wird. Eine Ausdehnung des Kabelquerschnitts sowie der Kabellänge ist also wesentlich. Die Keramik dehnt sich auch aus, wenn sie erwärmt wird, jedoch gewöhnlich geringer als das Kabel so daß zu der Vorbelastung, die für eine Verbiegung gemäß Gleichung (!) berechnet -A-ird, eine weitere Vorbelastung addiert werden muß, die die Wirkung einer Temperaturänderung des Kabels und der Keramik kompensiert, wodurch sich die gewünschte Vorbelastung ergibt die eine Verbiegung bei einer maximalen Temperatur ausgleicht Die zusätzliche Vorbelastung Pr in N für die Spannvorrichtung läßt sich nach der

folgenden Gleichung berechnen

Dabeiist:

(X₅ <* der thermische Ausdehnungskoeffizient des Spannteils,

tXc = der thermische Ausdehnungskoeffizient der Keramikteile,

ΔΤ = der vorkommende Temperaturiiiteirschied in Grad Celsius,

A₅ = die Querschnittsfläche des Spannteils in mm²,

Es = der Elastizitätsmodul des Spannteils in MPa,

Ac = die Querschnittsfläche eines Keramikabschnitts in einer Ebene senkrecht zur Längsrichtung des Bauteils in mm² und

Ec = der Elastizitätsmodul der Keramik in MPa.

Wenn man die Gleichungen (1) und (2) kombiniert dann ergibt sich folgende Gleichung:

wobei P in N die gesamte Vorbelastung des Spannteils ist, durch die eine Trennung der Abschnitte des Bauelements 30 verhindert wird, wenn das Bauelement um einen maximalen Wert d ausgelenkt wird, wobei eine Temperatur vorliegt, die geringer ist als eine angenommene Höchsttemperatur. Man erkennt, daß dann, wenn das Bauelement 30 nicht einer Temperaturänderung ausgesetzt ist, z/TnuIl ist und damit .Pr (einschließlich des equivalenten Ausdrucks in der Gleichung (3)) null ist, so daß keine zusätzliche Vorlast erforderlich ist, um Ten peraturänderungen aufzunehmen.

Für irgendeinen gegebenen Anwendungsfall, bei dem das längliche Bauelement 30 Biegekräften ausgesetzt werden soll, ist es möglich, einen Aufbau auszuwählen, der die erforderliche Nichttrennung der ar.einandergrenzenden Abschnittsflächen gewährleistet, wenn das zusammengesetzte Bauelement über seine gesamte Länge verbogen wird. Wie man anhand von Gleichung (1) erkennt, hängt die vorbelastende Kraft (Zusammendrückkraft), die den zusammengesetzten Abschnitten zugeführt wird, für eine bestimmte maximale angenommene |

Ablenkung und eine bestimmte Gesamtlänge des aus Abschnitten bestehenden Bauelements von der Länge jedes einzelnen Abschnitts und der Dimension h jedes Abschnittes ab. Wenn die Auslenk- oder Verbiegungsmöglichkeit für eine bestimmte Zusammenstellung von Keramikabschnitten geringer ist, als es für eine physikalische Trennung der aneinandergrenzenden Flächen der Abschnitte für eine angenommene Ablenkung oder 4c Verbiegung vorgesehen ist, dann kann man in vielen Fällen eine Einstellung vornehmen, und zwar entweder der |

Länge oder der Breite der einzelnen Abschnitte oder aber auch sowohl der Länge und der Breite der einzelnen *

Abschnitte. Natürlich muß dabei die erhöhte Zusammendrückung berücksichtigt werden, die an den Teilen der aneinandergrenzenden Abschnittsflächen auftritt, die sich an der Innenseite der Kurve des verbogenen zusammengesetzten Bauelements befinden.

Die vorbelastende Kraft, die auf die Keramikabschnitte ausgeübt wird, wird unterhalb einer Kraft gehalten, die das Keramikmaterial etwa auf die Hälfte zusammendrückt und sie wird vorzugsweise auf einen Wert von ,

etwa 20% der maximalen Druckfestigkeit eingestellt, damit örtliche Beanspruchungen, die in dem zusammenge- |

setzten Bauelement auftreten können, nicht die maximale Druckfestigkeit überschreiten, die zur Beschädigung eines oder mehrerer Abschnitte führen würde. Durch diese bevorzugte Vorbelastung ergibt sich auch ein beträchtlicher Sicherheitsabstand gegenüber Beschädigungen der Abschnitte durch eine unbeabsichtigte Überbelastung der Abschnitte bei unerwünschten Verbiegungen. Auf jeden Fall ist die Vorbelastung der Abschnitte so groß, daß die Länge jedes Abschnitts verkürzt wird, wodurch sich die Gesamtlänge des zusammengesetzten Bauelements vermindert Ferner werden bei der bevorzugten Vorbelastung die Abschnitte ausreichend an der Zwischenfläche zwischen aneinandergrenzenden Abschnittflächen verformt, wodurch die Verbindung an dieser Zwischenfläche praktisch nicht mehr erkennbar ist Eine solche Verformung tritt gewöhnlich dann auf, wenn die Abschnitte mit etwa 15% bis 20% der maximalen Druckfestigkeit für Keramik vorbelastet sind. Die beträchtliche Verminderung der Erkennbarkeit der Verbindung als solcher hat sich als wesentlich erwiesen, wenn man an dem Bauelement eine Arbeitsfläche anbringen will, da es dadurch möglich ist, das zusammengesetzte Bauelement entsprechend glanzschleifen. Eine geringere Vorbelastung ist auch möglich, sie führt jedoch nicht mehr so sicher zu den erwünschten Eigenschaften des zusammengesetzten Bauelements. Die Vorbelastung der Keramikabschnitte muß genügend groß sein, daß die Abschnitte aneinander anstoßen, wenn das Bauelement maximal um den Wert d verbogen wird, sie muß jedoch geringer sein als die Vorbelastung, die die Keramikabschnitte um mehr als die Hälfte des Wertes für die volle Druckfestigkeit zusammendrückt.

Das in Abschnitte aufgeteilte Bauelement 30 soll in einer Anordnung verwendet werden, in der es mit einer Walze 24 in Verbindung steht Zu diesem Zweck ist das Bauelement mit einer länglichen glatten Arbeitsoberfläche 70 versehen. Die Oberfläche 70 verläuft über die Länge des Bauelements 30 und definiert einen erweiterten Berührungsbereich zwischen den sich relativ zueinander bewegenden Teilen. Eine minimale Abnutzung dieser

Oberfläche und bei den anderen Oberflächen der sich bewegenden Bauelemente läßt sich dadurch erreichen, daß man der Arbeitsoberfläche eine maximale Glätte verleiht. Dies wird dadurch erreicht, daß die Oberfläche 70 geschliffen wird, nachdem die Abschnitte zu dem zusammengesetzten Bauelement 30 zusammengesetzt worden sind und in der weiter oben beschriebenen Weise vorgespannt sind.
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Beispiel I

Eine Schaberklinge zum Abschaben einer Papierbahn von der Oberfläche eines zylindrischen Trocknermantels wird in der folgenden Weise hergestellt. Gewöhnlich werden diese Schaberklingen an verschiedenen Stellen über ihre Länge durch über die Länge des Trockenmantels verlaufende Wellen verschieden stark verbogen oder abgelenkt. Die stärkste Ablenkung wird dann herausgegriffen, und es wird dann die Gesamtablenkungs- oder -verbiegungsfähigkeit der Schaberklinge so groß gemacht, daß der ausgewählte Wert aufgenommen werden kann. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Länge / des ausgewählten abgelenkten oder verbogenen Teils 125 cm lang.

Die Schaberklinge, die in F i g. 1 dargestellt ist, besteht aus 25 mm langen Aluminiumoxydabschnitten, von denen jedes eine Querschnittsfläche A₀ von 5,05 cm² aufweist. Die Abmessung h, d. h. die Abmessung in der Richtung, in der die Ablenkkräfte zugeführt werden, beträgt 2,22 cm. Diese Abschnitte werden so angeordnet, daß ihre ebenen, parallelen Oberflächen aneinander anstoßen, und sie werden in Längsrichtung des zusammengesetzten Bauelements durch ein Kabel aus rostfreiem Stahl mit einer Querschnittsfläche von 50 mm² zusammengedrückt, da durch die gegeneinander ausgerichteten Öffnungen in den Abschnitten hindurchgeführt ist.

Die maximal vorgesehene Ablenkung der Schaberklinge über ihre ausgewählte Länge /von 125cm kann 0,066 cm betragen und die angenommene Temperaturänderung kann zwischen 20⁰C und 150⁰C (AT = 130⁰C) liegen. Die Vorbelastung für das Kabel, das durch die Abschnitte hindurchgeführt ist, läßt sich durch Verwendung der Gleichung (3) wie folgt berechnen:

EA

/L±üL_(N)+ _OT

Zur Errechnung eines Zahlenwerts für die Vorbelastung werden nun in diese Gleichung Werte eingesetzt, z. B. eine Länge /von 1270 mm, eine Querschnittsfläche von 503 mm² und eine Abmessung h von 22 mm.

(372)·(10³)·(503) ■ (8) "(Ο·?)"(22)
_p= ⁽ ' ^K ' ⁽ ' (1270)² + (4)·(0.7)² ₊ [(11.34) ·(IQ'⁶) - (6.3)·(IQ-⁶)]·(130)

(90) · (200) · (10³) (503) · (372) · (10³)

P = 7146N + 10759N
P = 17905N

Die Vorbelastung, die als Druckkraft auf die Keramik ausgeübt wird, ist etwa 1,54% von 2320 MPa, was etwa die maximale Druckkraft für Aluminiumoxid ist. Eine derartige Zusammendrückung ergibt sich für eine angenommene Verbiegung, die bei einer Temperatur von 150⁰C auftritt, ohne daß nun eine vollständige Entlastung von der Zusammendrückung in den Teilen der aneinandergrenzenden Abschnittsflächen auftritt, die am weitesten von der Längsachse des Bauelements entfernt sind, längs der die Verbiegung erfolgt, und es werden, was wesentlich ist, diejenigen Teile der aneinandergrenzenden Abschnittsoberflächen zusätzlich zusammengedrückt, die der Längsachse des Bauelements am nächsten sind, wie es bei Durchführung der Verbiegung erforderlich ist.

Beispiel II

Eine andere Ausführungsform der hier beschriebenen Anordnung enthält ein Foil und ein Langsieb einer Langsieb-Papiermaschine. Bei dieser Anordnung ist das längliche Foil unter dem Sieb angeordnet und sie dient zur Halterung des Siebtuches und zur Entfernung von Wasser aus einem Brei aus Fasern zur Papierherstellung, die mit Hilfe des Siebes gehaltert sind. Bei diesen Vorgängen gleitet das Sieb über das Foil, während es durch eine Saugkraft, die von dem Foil entwickelt wird, zu dem Foil hingezogen wird. Sowohl das Foil als auch das Sieb werden bei diesen bekannten Anordnungen erheblich abgenutzt.

Ein 500 cm langes Foil, das in einer Langsieb-Papiermaschine verwendet wird, wird aus 200 2,5 cm langen Abschnitten aus Aluminiumoxid hergestellt, die durch ein 1,6 cm starkes Kabel aus rostfreiem Stahl zusammengedrückt werden, das durch eine Öffnung geführt ist, die sich jeweils in der Mitte jedes Abschnitts befindet. Jeder Abschnitt hat eine Querschnittsfläche A_c von 123 cm² und eine Abmessung h von 5 cm. Die maximal zu erwartende Ablenkung oder Verbiegung des Foils beträgt 1,25 cm und die zu erwartende Temperaturänderung liegt zwischen 22° C und 77° C (ΔΤ = 55° C).

Unter Verwendung der Gleichung (3) läßi sich die Vorbelastung für das Kabel, durch die eine Trennung der Abschnitte unter den angegebenen Bedingungen verhindert werden soll, wie folgt berechnen. Zur Errechnung des Zahlenwerts der Vorbelastung sind in dieser Gleichung Werte eingesetzt, die sich aus umgerechneten

Weiten nach dem US-Maßsysiem ergeben, z. B. eine Querschnittsfläche von 1290 mm², eine Abmessung h von 5,08 cm.

G72W10'W129Cn · Γ (⁸>·Ρ²·⁷ >·( ⁵⁰·⁸> 1 (372) (10) (1290) |^ ₍₅080)² X<4)" (12.7)² J ₊

¹ +

(232.6) · (200) · (ΙΟ¹) (1290) · (372) ■ (10³)

P = 47987N + 11756N P = 59743N

Die vorbelastete Kraft in diesem Beispiel beansprucht die Keramik mit 2,17% zu einer maximalen Druckfestigkeit.

Das Foil Vi eist eine geschliffene, längliche Arbeitsoberfläche auf, die einen Feinschliff mit Vertiefungen von weniger als 5 χ 10~⁶ cm nach der beschriebenen Art erhalten hat. Bei Benutzung weist das Foil ausgezeichnete Eigenschaften für die Abnutzung auf, und es sind keine Spalte zwischen den aneinandergrenzenden Oberflächen der Abschnitte vorhanden. Wenn derartige Foils in schnell laufenden Langsieb-Papiermaschinen verwendet werden, dann entstehen in der Papierhahn keine Streifen, die durch das Sieb, das sich über das Foil bewegt, gebildet werden, wie es sich bei bekannten in Abschnitte geteilten Foils ergeben hat, die Spalte zwischen den aneinander£.venzenden Abschnitten aufweisen.

Beispiel III

Eine weitere Anordnung der hier beschriebenen Art weist ein? Saugvorrichtung auf, die in einer Papiermaschine verwendet wird. Diese Saugvorrichtung enthält eine längliche rinnenförmige Einrichtung mit einem länglichen Schlitz, der sich über ihre Länge erstreckt und der sich zu einem Sieb oder einem Filz hin öffnet, die sich an ihm vorbei bewegen. Innerhalb der Saugvorrichtung wird eine Saugkraft gebildet, so daß das Sieb oder der Filz zu den Rändern des Schlitzes hingezogen wird und das Wasser oder ein anderer Stoff aus dem Sieg oder dem Filz herausgezogen und in die Saugvorrichtung befördert wird. Die Ränder des Schlitzes sind einer Verhältnismäßig großen Abnutzung ausgesetzt, und die Saugvorrichtung und zwar insbesondere die Ränder des Schlitzes sind beträchtlichen Ablenkkräften ausgesetzt, wenn das Sieb oder der Filz an der Einrichtung in einer Richtung senkrecht zu ihrer Längsrichtung vorbei bewegt werden.

Die Ränder des Schlitzes der Saugvorrichtung sind aus einem biegsamen keramischen Bauelement hergestellt. Jeder der Schlitze ist 500 cm lang und er besteht aus 2,5 cm langen Abschnitten aus Aluminiumoxid, die durch ein Kabel aus rostfreiem Stahl, das eine Querschnittsfläche von 1,6 cm² aufweist und das sich in den ausgerichteten Öffnungen der Abschnitte befindet, zusammengedrückt werden. leder Abschnitt hat eine Ouerschnittsfläche A_c von 5,95 cm² und eine Abmessung h von 3,25 cm.

Für die Berechnung der Vorbelastung des Kabels sei eine maximale Ablenkung von 7,6 cm und eine maximale Temperatur bei Betrieb von 77° C angenommen. Die Temperatur beim Zusammenbau beträgt 22° C, so daß ein ATvon 55°C vorhanden ist. Wenn man die Gleichung (3) verwendet, dann ergibt sich für die Vorbelastung folgender Wert: Dabei sind zur Errechnung des Zahlenwerts der Vorbelastung in die Gleichung Werte eingesetzt, die sich aus genau umgerechneten Werten nach dem US-Maßsystem ergeben, z. B. eine maximale AHenkung von 76,2 mm, eine Querschnittsfläche A_cvon 5,94 mm², eine Abmessung h von 31,75 mm. j

(372)-(10³I-(594) · Γ (8)-(76.2)-(31.75) ] ^{l ; U} - ^{( }} L (5080)^; X (4)-(12.7)² J 2

(161.3)-(200)-(1O³) (594) · (372) · (10³)

P = 82788N + 7803N

P = 90501N ^m

Die Vorbelastungskraft bei diesem Beispiel beansprucht die Keramik mit 6,71 % zu einer maximalen Druckfe- 55 |

stigkeit. s

Der Teil des Keramikbauelements, der in das sich bewegende Tuch oder Filz eingreift, ist geschliffen, so daß er einen Oberflächenschliff mit Vertiefungen von weniger als 5 χ 10~⁶ m aufweist, wobei ein Verfahren angewendet wird, wie es oben beschrieben ist Wie bei den Beispielen I und II weist das Keramikbauelement gute Abnutzungseigenschaften auf, und es bilden sich keine Spalte ζλνϊεΰΐιεη den Abschnittsflächen, wenn eine Verbiegung oder Ablenkung um den vorgesehenen Maximalwert vorgenommen wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Bauelement aus Keramik zur Verwendung als Foil oder als Schaber in einer Papiermaschine, das mehrere Keramikabschnitte aufweist, von denen jeder mindestens zwei gegenüberliegende Flächen hat, die eben und parallel sind, wobei die ausgerichteten Keramikabschnitte mit ihren ebenen Flächen direkt aneinandergrenzen und zwar in Ebenen, die im wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung der Keramikabschnitte verlaufen, sowie eine Spanneinrichtung aufweist, die sich zwischen den gegenüberliegenden Enden des Keramikbauelements erstreckt und die Keramikabschnitte in Längsrichtung des aus ihnen zusammengesetzten Bauelements und im wesentlichen senkrecht zu den parallelen Flächen mit einer Vorspannkraft zusammendrückt, dadurch gekennzeichnet, daß