Mit optimierten Spezialklammern Rollenware besser handhaben

Die Joh. Clouth Maschinenbau Eltmann GmbH & Co. KG, ein weltweit operierendes Familienunternehmen, ist in den Bereichen Stahl- und Papierindustrie angesiedelt. Neben Systemen zur Sonderbehandlung von rotierenden Walzen- und Zylinderoberflächen fertigt das Unternehmen eine Reihe von Sonderapparaten für die Stahl- und Papierindustrie. Zu diesen Sonderapparaten zählen die sogenannten Clouth-Felt-Clips, selbsthaltende Klammern zum sicheren und einfachen Einziehen von Filzen in Papiermaschinen. Zusammen mit der Hochschule Coburg wurde der Felt-Clip hinsichtlich einer besseren Ausnutzung und eines einwandfreien Betriebs weiterentwickelt.

Sauberer Filzeinzug ist wichtig für die Papier-Qualität

Die Papiermaschinen, in denen die Felt-Clips als Hilfsmittel eingesetzt werden, sind Fertigungsstraßen zur Herstellung von endlosen Papierbahnen. Je nach Bauart sind diese Maschinen bis zu 230 m lang, können über mehrere Etagen verlaufen und eine Breite von 20 bis 30 m aufweisen.

Die Papierherstellung beginnt mit dem Stoffauflauf, indem eine Faserstoff-Wassersuspension gleichmäßig auf ein Sieb verteilt wird. Als Faserstoff-Wassersuspension wird die breiige Mischung aus Fasern, Feststoffen und Wasser bezeichnet, aus der das Papier gebildet wird. Der Wasseranteil ist dabei sehr hoch: Auf 1 l Wasser kommen nur etwa 5 g Faser- und Feststoffe. In der Siebpartie läuft das überschüssige Wasser ab oder wird abgesaugt. Bei diesem Filtrationsvorgang bildet sich das sogenannte Blatt (flüssige Papierbahn). Der weitere Entwässerungsprozess erfolgt durch mechanischen Druck in der Pressenpartie.

Die Papierbahn wird dabei mittels eines saugfähigen endlosen Filzes mehrmals zwischen zwei Walzen hindurchgeführt und dadurch entwässert. Der Pressvorgang verdichtet zudem das Papiergefüge, was die Festigkeit erhöht. Das verbleibende Restwasser wird in der Trockenpartie aus dem Papier verdampft. Die Papierbahn durchläuft dabei mehrere dampfbeheizte Trockenzylinder und kann somit gleichmäßig trocknen. Am Ende der Papiermaschine wird die fertige Papierbahn auf einen Stahlkern (Tambour) aufgewickelt. Je nach Papiersorte kann ein Tambour eine Bahn von etwa 60 km Länge mit einem Gewicht bis zu 25 t aufnehmen.

Der Felt-Clip wird im Bereich der Pressenpartie zum Einziehen der Filzbahnen verwendet. Filzbahnen sind in der Regel Endlosfilzbahnen und besitzen eine durchschnittliche Länge von 20 m und eine Breite von bis zu 10 m. Die Dicke dieser Filze liegt um 5 oder 6 mm. In der Papiermaschine wird diese Filzbahn um mehrere Walzen gewickelt. Zum Einziehen werden sie auf Hilfsrohre fixiert und mit einem Kran grob in Position gebracht. Die endgültige Positionierung der Filzbahn in der Papiermaschine erfolgt durch Arbeiter von Hand.

Besonders dieser Vorgang gestaltet sich aufgrund des großen Gewichtes als sehr schwierig und zeitraubend. Zudem existieren keine Möglichkeiten, einen Haken oder anderweitige Hilfsmittel am Filz direkt zu befestigen, ohne ihn zu beschädigen. Beschädigungen am Filz haben zur Folge, dass die Papierbahn an Qualität und Festigkeit verliert.

Filze schneller und sicherer in Maschinen einziehen

Speziell für dieses Problem wurde der Felt-Clip entwickelt. Aufgrund der speziellen Bauweise und einfachen Handhabung dieser Klammern können die Filze schneller, einfacher und vor allem auch sicherer in die Maschinen eingezogen werden. Der Felt-Clip wird in mehreren Ausführungen, zum Beispiel für Hand- oder Seilzugbetrieb, gebaut.

In der Ausgangsstellung des Clouth-Felt-Clips sind die Klemmbacken aufgrund der Druckfedern geschlossen. Zum Öffnen der Klemmbacken wird das Zugjoch per Hand zum Bügelgriff gezogen. Eingebaute Getriebeelemente bewirken ein Spreizen der Klemmbacken. Der Felt-Clip kann nun auf den Filz gesteckt werden. Nach Loslassen des Zugjochs werden die Klemmbacken durch die Druckfedern nach unten auf den Filz gedrückt. Der Filz kann nun problemlos per Hand oder mit Hilfe eines Seilzuges in die Pressenpartie der Papiermaschine eingezogen werden. Nach Beendigung dieses Vorgangs wird der Clip entfernt.

Auch in einfachsten Produkten steckt Optimierungspotenzial

In einer Studie wurde untersucht, wie die vorhandenen Felt-Clips verbessert werden könnten. Ein Ziel war, die bestehenden Clips durch nur geringe Änderungen für eine Einhandbedienung umzugestalten, damit der Arbeiter mit einer Hand den Felt-Clip auf den Filz stecken und sich mit der anderen Hand an der Maschine abstützen kann.

Zudem wurde nach anderen Wirkungsweisen gesucht. Hierzu wurden sehr unterschiedlich wirkende Getriebe aus allen Technikbereichen auf ihre Anwendbarkeit geprüft. Dann wurde eine Vielzahl von sehr unterschiedlichen Variationsmöglichkeiten über Hebelsysteme, Zangen- und Scherenprinzipe, Kurbelmechanismen sowie Verzahnungsgetriebe integriert. Dabei zeigten sich viele Varianten gerade für eine Einhandbedienung als ungeeignet, weil die Funktionsabläufe zu unsicher waren oder weil die Fertigung einiger Teile zu aufwändig gewesen wäre.

Prototypen mit der Finite-Elemente-Methode (FEM) optimiert

Bei einem Kunden wurden drei Prototypen neu entwickelter Felt-Clips hinsichtlich ihrer Handhabbarkeit unter realen Bedingungen getestet. Die Bauteile in den drei Prototypen wurden mit der Finite-Elemente-Methode (FEM) so optimiert, dass sie bei kleiner Bauweise und geringem Gewicht eine hohe Sicherheit aufweisen. Anschließende umfangreiche Versuche und Berechnungen mit besonderen Felt-Clips ergaben, dass die Betätigungskräfte über einen Schwenkgriff gut in die Filzbahn eingeleitet werden.

Die Untersuchung hat gezeigt, dass auch in konstruktiv ausgereizten und weniger komplexen Produkten oft noch erhebliches Optimierungspotenzial steckt. Mit den Felt-Clips zum Beispiel können Filze noch sicherer aus jeder Position in die Maschine gezogen werden.

Dipl.-Ing. (FH) Tobias Popp ist Konstrukteur bei der Joh. Clouth Maschinenbau Eltmann GmbH & Co. KG in Eltmann. Prof. Dr.-Ing. Volker Schenk leitet das Fachgebiet Fertigungslogistik an der Fachhochschule Coburg.