Schaberklingen für die Papierindustrie

Motivation

In der Papierindustrie sind Schaberklingen (engl.: Doctor blades) unverzichtbare Bauteile zur Reinigung von Rollen und Zylindern. Diese Klingen müssen extrem widerstandsfähig gegenüber Abrieb und Reibung sein, um unter den anspruchsvollen Umgebungsbedingungen der Papierproduktion effektiv arbeiten zu können. Traditionell wurden Metallschaberklingen eingesetzt, doch der Einsatz von Schaberklingen aus Faserverbundwerkstoffen hat sich als vorteilhaft erwiesen. Die Gründe dafür liegen in der Kombination aus hoher Biegefestigkeit, geringem Gewicht und optimaler Anpassungsfähigkeit an die Oberflächen der Papiermaschinen, die Schaberklingen aus Schichtpressstoffen bieten. Erklärungen hierzu und viele weitere Details werden in den nachfolgenden Abschnitten dieses Beitrages gegeben.

Herstellung

Composite-Schaberklingen werden aus Schichtpressstoffen gefertigt. Schichtpressstoffe sind eine bestimmte Klasse von Faserverbundwerkstoff. Die Herstellung dieser beginnt mit der Auswahl eines geeigneten Matrixwerkstoffs, typischerweise ein duroplastisches Harz, das durch Fasergewebe, meist Glas- oder Kohlenstofffasern, verstärkt wird. Die Fertigung erfolgt durch das Herstellen eines Prepregs, das Aufschichten dieser Prepregs und das Pressen auf einer halb-kontinuierlichen Presse. Hierdurch können Streifen bis zu einer Länge von 150 Meter gefertigt werden. Die gewünschte Streifenbreite und Streifenlänge kann anschließend zugeschnitten werden. Es gibt auch Mischaufbauten, die aus Glas- und Kohlenstofffasergeweben bestehen. Diese Mischaufbauten kombinieren das kostengünstige Glasgewebe mit den herausragenden Eigenschaften der Kohlefaser. So lässt sich eine gute Performance bei annehmbarem Preis darstellen. Um die Schaberklingen optimal auf die Einsatzbedingungen abzustimmen, wird häufig eine Fase entlang der Kante der Schaberklinge geschliffen. Hierdurch kann sich das Reinigungsbild, aber auch die Reibung und damit das Abriebsverhalten verbessern.

Eigenschaften

Schaberklingen aus Faserverbundwerkstoffen zeichnen sich durch eine hohe Biegefestigkeit und ein hervorragendes Elastizitätsmodul aus, was ihnen erlaubt, unter hoher Belastung elastisch zu bleiben und sich nicht dauerhaft zu verformen. Der Fasergehalt aber auch die Wahl des Faserwerkstoffes beeinflussen direkt die mechanischen Eigenschaften der Schaberklinge. Je höher der Fasergehalt, desto höher sind auch Eigenschaften wie die Biegefestigkeit und das E-Modul. Glasfasergewebe sind günstiger als Kohlenstofffasergewebe. Dafür bieten letztere herausragende mechanische Eigenschaften. Als Harzmatrix wird in der Regel Epoxidharz verwendet, da auch dieses sehr gute mechanische Eigenschaften aufweist. Die Dichte des Materials ist geringer als die von Metallschaberklingen, was die Handhabung erleichtert. Darüber hinaus zeigen diese Klingen eine geringe Wasseraufnahme, was sie weniger anfällig für Aufquellen oder Verformung bei hohen Feuchtigkeitsniveaus macht. Außerdem können sie durch die Wahl des richtigen Harzmaterials beständig gegenüber verschiedenen Umgebungsbedingungen, wie hohen Temperatur- und Feuchtigkeitswerten, die in der Papierherstellung zwingendermaßen vorkommen, gemacht werden. Die Schaberklingen müssen hohen relativen Geschwindigkeiten und intensiver Reibung standhalten, wobei das Composite-Material den Vorteil bietet, dass es weniger Verschleiß an den Walzen und Zylindern verursacht als Metall.

Anwendung

In der Praxis werden Schaberklingen aus Schichtpressstoffen in Papiermaschinen eingesetzt, um Verschmutzungen und Ablagerungen von den Oberflächen der Rollen und Zylinder zu entfernen. Dies ist eine sehr wichtige Aufgabe, da ein Versagen der Reinigung zur Folge hat, dass die Papierbahn reißen kann. Woraufhin die Maschine gestoppt und erneut angefahren werden muss, was ein Produktionsausfall von vielen Minuten mit entsprechenden ökonomischen Einbußen zur Folge hat.

Die Schaberklingen kommen bei hoher Geschwindigkeit zum Einsatz und müssen dabei präzise arbeiten, ohne das Papier oder die Maschinenkomponenten zu beschädigen. Dank ihrer elastischen Eigenschaften passen sich die Klingen flexibel an die Oberflächenstruktur der zu reinigenden Teile an, was eine effiziente und schonende Reinigung ermöglicht. Weiterhin haben sie einen geringeren Reibungskoeffizienten als vergleichbare Klingen aus Metall. Hierdurch geht weniger Energie in Form von Reibung verloren und der Herstellungsprozess wird insgesamt effizienter.

Alternativen

Als Alternativen zu Schaberklingen aus Schichtpressstoffen kommen weiterhin Metallschaberklingen zum Einsatz. Diese bieten eine höhere Härte und sind in bestimmten Anwendungen, bei denen extreme Abriebfestigkeit erforderlich ist, nach wie vor unverzichtbar. Jedoch weisen Metallschaberklingen auch Nachteile auf, wie eine höhere Dichte, welche das Handling aufwendiger und teurer macht. Außerdem erzeugen Metallschaberklingen aufgrund ihrer hohen Steifigkeit und des höheren Reibkoeffizienten einen erhöhten Verschleiß der Maschinenkomponenten. Daher sollten, wo immer die Möglichkeit besteht Metallschaberklingen durch Klingen aus Composite-Material ersetzt werden, um die Papier-Maschine so effizient und kostengünstig wie möglich betreiben zu können.

Fazit

Schaberklingen aus Schichtpressstoffen bieten eine innovative und effiziente Lösung für die Herausforderungen der Papierindustrie. Mit Vorteilen wie hoher Biegefestigkeit, geringer Dichte, geringer Wasseraufnahme und optimaler Anpassungsfähigkeit an verschiedene Umgebungsbedingungen stellen sie eine wertvolle Alternative zu traditionellen Metallschaberklingen dar. Durch den gezielten Einsatz von Faserverbundwerkstoffen können Papierhersteller die Lebensdauer ihrer Maschinenkomponenten verlängern und gleichzeitig eine hohe Reinigungsleistung gewährleisten. Dennoch bleibt es wichtig, die spezifischen Anforderungen jeder Anwendung zu berücksichtigen, um die beste Material-Auswahl beim Composite-Produkt zu treffen. Durch die unterschiedlichen Harzwerkstoffe und Faserverstärkungen können die Eigenschaften der Schaberklingen in einem weiten Bereich variiert werden und je nach Anwendungsfall angepasst werden.

Auswahl unserer Schaberklingen