(57)【要約】  ヤンキードライヤシリンダ（１）は、互いに反対側にある第１および第２の端部（１１、１２）を有し、複数の周方向溝（１５）を備える、鋼製の円筒形シェル（１０）を備える。さらに、シリンダ（１）は、鋳鉄製であり、鋼製の円筒形シェル（１０）の第１および第２の端部（１１、１２）にそれぞれ固定される第１および第２のヘッド（２０、３０）を備える。さらに、シリンダ（１）は、円筒形シェル（１０）の内側に取り付けられ、第１および第２の端部（４１、４２）でそれぞれ第１および第２のヘッド（２０、３０）に接続された中空シャフト（４０）を備える。シリンダはさらに、それぞれの端部（４１、４２）で中空シャフト（４０）に固定された第１および第２の軸受ジャーナル（５０、６０）を備える。ヘッド（２０、３０）は、重量％で以下の組成：Ｃ：３．０〜３．５％、Ｓｉ：１．５〜２．７％、Ｍｎ：０．３〜０．７％、Ｐ：０．０５〜０．１０％、Ｖ：２０〜０．５０％、Ｓ：０．０５〜０．１０％、Ｍｇ：０．０６〜０．２０％、Ｃｕ：０．１０〜０．８０％、Ｃｒ：０．０５〜０．１０％を有する鋳鉄製である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヤンキードライヤシリンダ（１）であって、
−  第１の端部（１１）および前記第１の端部（１１）の反対側にある第２の端部（１２）を有し、長手軸（１０１）を有し、さらに複数の周方向溝（１５）を備える、鋼製の円筒形シェル（１０）と、
−  前記鋼製の円筒形シェル（１０）の前記第１の端部（１１）に固定された、鋳鉄製の第１のヘッド（２０）、すなわち端壁と、
−  前記鋼製の円筒形シェル（１０）の前記第２の端部（１２）に固定された、これもまた鋳鉄製の第２のヘッド（２０）、すなわち端壁と、
−  前記円筒形シェル（１０）の内側に取り付けられ、前記第１および前記第２の端部（４１、４２）でそれぞれ前記第１および前記第２のヘッド（２０、３０）に接続された中空シャフト（４０）と、
−  前記第１の端部（４１）で前記中空シャフト（４０）に固定された第１の軸受ジャーナル（５０）と、
−  前記第２の端部（４２）で前記中空シャフト（４０）に固定された第２の軸受ジャーナル（６０）と
を備え、
ヤンキードライヤシリンダ（１）の改善された構造は、前記第１および前記第２のヘッド（２０、３０）を作る前記鋳鉄が重量％で以下の組成：
−  Ｃ：３．０〜３．５％、
−  Ｓｉ：１．５〜２．７％、
−  Ｍｎ：０．３〜０．７％、
−  Ｐ：０．０５〜０．１０％、
−  Ｖ：０．２０〜０．５０％、
−  Ｓ：０．０５〜０．１０％、
−  Ｍｇ：０．０６〜０．２０％、
−  Ｃｕ：０．１０〜０．８０％、
−  Ｃｒ：０．０５〜０．１０％
を有することを特徴とする、ヤンキードライヤシリンダ（１）。
【請求項２】
前記中空シャフト（４０）は、重量％で前記第１および前記第２のヘッド（１１、１２）の前記鋳鉄と同じ組成を有する鋳鉄製である、請求項１に記載のヤンキードライヤシリンダ。
【請求項３】
前記第１および前記第２の軸受ジャーナル（３１、３２）は、重量％で前記第１および前記第２のヘッド（１１、１２）と同じ組成を有する鋳鉄製である、請求項１に記載のヤンキードライヤシリンダ。
【請求項４】
前記第１および前記第２のヘッド（２０、３０）はそれぞれ、
−  前記ヤンキードライヤシリンダ（１）の内側に向かって低くなる中央部分（２１、３１）と、
−  接続部分（２３、３３）を介して前記低い中央部分に接続された端部部分（２２、３２）と
を備える、請求項１に記載のヤンキードライヤシリンダ。
【請求項５】
前記接続部分が実質的に平らである、請求項４に記載のヤンキードライヤシリンダ。
【請求項６】
前記円筒形シェル（１０）の内側に同軸で取り付けられた前記中空シャフト（４０）は、実質的に円筒形状を有する、請求項１に記載のヤンキードライヤシリンダ。
【請求項７】
前記中空シャフト（４０）の各端部（４１、４２）は、ねじボルトによって対応する軸受ジャーナル（５０、６０）に接続される、請求項１に記載のヤンキードライヤシリンダ。
【請求項８】
各軸受ジャーナル（５０、６０）の端部は、使用中、前記中空シャフト（４０）の対応するそれぞれの端部（４１、４２）のそれぞれの穴に収容され、各軸受ジャーナル（５０、６０）は、対応する軸受（７１、７２）内に取り付けられたそれぞれの部分（５５、６５）を備える、請求項１に記載のヤンキードライヤシリンダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紙および類似の製品を製造するためのマシンの分野に関し、特に、熱膨張が制御された、「ヤンキーシリンダ」としても知られるヤンキードライヤシリンダの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、製紙工場は、成形布上にセルロース系繊維と水、および時には様々な種類の添加剤の混合物を分配するためのヘッドボックスを使用する。このようにして、決められた量の水を遠心力により排出し、それにより成形布に存在する混合物層の乾燥含量を増加させる。
【０００３】
すると、水の含量は、乾燥セクションを通過させられる稠度を得るまでの、混合物層のより多くのキャンバス（ｔｅｌｅ）および／またはフェルトの一連のステップを通して低減される。これは通常、少なくとも、「ヤンキーシリンダ」とも呼ばれるヤンキードライヤシリンダと、熱い空気が供給される乾燥フードとを備える。特に、処理される湿紙のウェブがヤンキーシリンダの外面に載せられ、その一方でヤンキードライヤシリンダの内部は、蒸気を導入することにより加熱される。乾燥フードにより紙に吹き付けられる熱い空気によってヤンキードライヤシリンダ内部で生成される蒸気によって、外面に載せられた湿紙のウェブが徐々に乾燥する。所望の乾燥値が達成されると、紙のウェブはブレードまたはドクターブレードによってヤンキードライヤシリンダの外面から除去される。この除去により、適切な技術を用いてクレープ紙または平滑紙を得ることができる。
【０００４】
知られているように、ヤンキードライヤシリンダは、本質的に２つのヘッド、すなわち端壁を備え、その間に円筒形シェルが配置される。各ヘッドには、作動状態でそれぞれの軸受に取り付けられる軸受ジャーナルが固定される。中空シャフトがシェルの内側に設けられている。ヘッドには、通常、ヘッドの本体に形成された検査用開口部が設けられ、ねじボルトによってヘッドに固定された適切な蓋で閉鎖される。
【０００５】
ヤンキーシリンダの構成要素、すなわち、ヘッド、シェル、軸受ジャーナル等は鋳鉄の溶融によって得られ、ねじボルトによって固定される。
【０００６】
ヤンキーシリンダも鋼製で提供され、各ヘッドは溶接ビードによって円筒形シェルに固定される（国際公開第２００８／１０５００５号参照）。しかし、この種のヤンキーシリンダも多くの欠点を有する。
【０００７】
最初に、ヘッドをシェルに溶接して固定する前に、溶接ビードが形成される表面に一連の予備加工を施す必要がある。
【０００８】
上述の加工の終わりに、溶接ビードが形成される表面では、厚さの減少が生じ、したがって、ヘッドは均一ではない厚さを有する。上記の結果として、厚さが減少したゾーンにおけるヘッドの構造は、非常に弱くなる結果となる。動作状態において、厚さがより薄いゾーンに代わる代わるより厚いゾーンが存在すると、ヘッドが受ける応力が均一ではなくなる。
【０００９】
さらに、溶接されたヘッドの場合、製造サイクルは多くのアニーリングサイクル、通常は２アニーリングサイクルを提供し、製品の質量によりコストを増加させる。
【００１０】
より詳細には、知られているように、動作状態において、ヤンキーシリンダは、高い応力、主に熱弾性応力、圧力応力、および遠心力によって生じる応力を受ける。特に、熱弾性応力および圧力応力の両方の最高値は、溶接箇所、すなわちヤンキーシリンダの構造全体の最も弱い領域に集中する。
【００１１】
これは、ヤンキードライヤシリンダの寿命が短いことと、溶接ビードが正しく行われたことを確認するために、また動作状態の間、亀裂の存在および／または開始を回避するために、表面の深さについて定期的な制御を頻繁に行う必要性とを意味する。詳細には、蒸気により加えられる圧力は、時間の経過とともに、特にヘッドが平らな種類のものであり、溶接される場合にヘッドの構造を変化させ、したがって溶接ビードに亀裂を引き起こすことがある。
【００１２】
上述の利点に加えて、ヘッドの不規則な幾何形状のため、上述の予備加工は特に複雑であり、したがって実行に長時間を必要とする上、コスト、実行せねばならない作業、輸送コスト、およびエネルギー消費を増大させる。
【００１３】
上記の欠点を克服しようとするためには、全体が鋳鉄製のヤンキーシリンダと、全体が鋼製のヤンキーシリンダとの両方であるいくつかの「ハイブリッド」解決策が提案されてきた。これは、ヤンキーシリンダが、鋼製の円筒形シェルと、鋳鉄製のヘッド、軸受ジャーナル、および中空シャフトとを備えることを意味する。
【００１４】
それにもかかわらず、提案されてきた解決策には多くの欠点がある。
【００１５】
実際、動作状態で使用される鋳鉄および鋼の異なる挙動のために、特に熱膨張の観点から、ヤンキードライヤシリンダの構造の内部に高い応力が発生する。これは、主に、この種の製品のヘッドに通常使用される鋳鉄が、シェルに使用される鋼の熱膨張係数とは著しく異なる熱膨張係数を有するという事実による。
【００１６】
上述の欠点を有する従来技術のヤンキードライヤシリンダの一例が独国特許出願公開第１０２０１３２１３１９７号に開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
したがって、本発明の目的は、従来技術のヤンキーシリンダの上述の欠点を克服することができる混合型の鋼および鋳鉄製のヤンキーシリンダまたはヤンキードライヤシリンダを提供することである。
【００１８】
また、本発明の目的は、熱応力を受けたときに高い構造安定性と最適な加工性を保証できる混合型の鋼および鋳鉄製のヤンキードライヤシリンダを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
これらおよび他の目的は、本発明によるヤンキーシリンダまたはヤンキードライヤシリンダによって達成される。本発明によるヤンキーシリンダまたはヤンキードライヤシリンダは、
−  第１の端部および第１の端部の反対側にある第２の端部を有し、長手軸を有し、さらに複数の周方向溝を備える、鋼製の円筒形シェルと、
−  鋼製の円筒形シェルの第１の端部に固定された、鋳鉄製の第１のヘッド、すなわち端壁と、
−  鋼製の円筒形シェルの第２の端部に固定された、これもまた鋳鉄製の第２のヘッド、すなわち端壁と、
−  円筒形シェルの内側に取り付けられ、第１および第２の端部でそれぞれ第１および第２のヘッドに接続された中空シャフトと、
−  第１の端部で中空シャフトに固定された第１の軸受ジャーナルと、
−  第２の端部で中空シャフトに固定された第２の軸受ジャーナルと
を備え、
その主な特徴は、第１および第２のヘッドを作る鋳鉄が重量％で以下の組成：
−  Ｃ：３．０〜３．５％、
−  Ｓｉ：１．５〜２．７％、
−  Ｍｎ：０．３〜０．７％、
−  Ｐ：０．０５〜０．１０％、
−  Ｖ：０．２０〜０．５０％、
−  Ｓ：０．０５〜０．１０％、
−  Ｍｇ：０．０６〜０．２０％、
−  Ｃｕ：０．１０〜０．８０％、
−  Ｃｒ：０．０５〜０．１０％
を有することである。
【００２０】
特に、すべての非鉄成分の全割合は、５．２〜６．９重量％に設定される。
【００２１】
有利には、中空シャフトは、第１および第２のヘッドが作られるのと同じ鋳鉄製である。
【００２２】
好ましくは、第１および第２の軸受ジャーナルは、第１および第２のヘッドが作られるのと同じ鋳鉄製であり、すなわち、第１および第２のヘッドの鋳鉄と重量％で同じ組成を有する鋳鉄である。
【００２３】
特に、各ヘッドは、ボルト締めによって円筒形シェルのそれぞれの端部に固定される。
【００２４】
ヘッド、場合によっては軸受ジャーナルおよび中空シャフトを製造するための材料として、上記の組成を有する鋳鉄、特に球状鋳鉄の選択は、ヤンキードライヤシリンダの加工を最適化することを可能にするが、これは、ヤンキーシリンダが動作する温度範囲において、特定の種類の鋳鉄が、使用される鋼の１種、特に鋼ＳＡ−５１６−７０と同様の熱膨張、特に線熱膨張の傾向を有するためである。したがって、従来技術の既知の「ハイブリッド」ヤンキーシリンダに対して、本発明によるヤンキードライヤシリンダは、動作状態における様々な材料の異なる熱膨張による応力を相殺するまで応力を低減することができる。
【００２５】
特に、各ヘッドは、
−  ヤンキーシリンダの内側に向かって低くなる中央の部分と、
−  接続部分を介して低い中央部分に接続された端部部分とを備える。
【００２６】
接続部分は、実質的に平らであっても、または実質的に凹状であってもよい。
【００２７】
特に、ヘッドの接続部分において、少なくとも検査用開口部、例えば２つの検査開口部を設けることができる。これらは、組立て中またはメンテナンス作業中に、スタッフが安全に作業できることを保証する。
【００２８】
可能な実施形態では、各ヘッドの各接続部分に１８０°間隔で配置された２つの検査用開口部が設けられる。
【００２９】
特に、各検査用開口部は、管状形状を有する。検査用開口部の管状形状により、構造全体の動的バランスを単純化および改善し、スタッフがヤンキーシリンダの中に入るのを助けることを可能にする。
【００３０】
さらに、検査用開口部の管状入口は、ヘッドの、したがってヤンキーシリンダ全体の構造的剛性を増加させる。
【００３１】
特に、同軸位置で円筒形シェルの内側に取り付けられた中空シャフトは、実質的に円筒形の形状を有する。より正確には、中空シャフトの各端部は、例えば、ボルト締めによって、それぞれの軸受ジャーナルに接続される。
【００３２】
有利には、第１のヘッドに固定された第１の軸受ジャーナルと、第２のヘッドに固定された第２の軸受ジャーナルとが設けられる。
【００３３】
特に、各軸受ジャーナルの端部は、使用中、中空シャフトのそれぞれの端部の穴に収容される。さらに、各軸受ジャーナルは、軸受内部に取り付けられたそれぞれの部分を備えることができる。中空シャフトのそれぞれの端部およびそれに接続された軸受ジャーナルは、それぞれの固定穴で対応するヘッドに固定される。
【００３４】
より正確には、各軸受ジャーナルは、それぞれのヘッドおよび中空シャフトのそれぞれの端部の両方にねじボルトによって固定される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
ここで、本発明は、添付の図面を参照して例示的であるがこれに限定されない、その例示的実施形態の以下の説明とともに示される。
【００３６】
【図１】図１は、本発明による、鋳鉄を使用して製造することができる混合型の鋼および鋳鉄製のヤンキードライヤシリンダに提供される可能な実施形態の１つを縦断面図で概略的に示す。
【図２】図２は、対象の温度範囲において、検査される試料、すなわち本発明による鋳鉄製の試料、異なる種類の鋳鉄製の試料、および鋼製の２つの試料の線熱膨張係数の傾向を概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
図１に概略的に示すように、本発明によるヤンキードライヤシリンダ１の可能な構造は、長手軸１０１を有する鋼製の円筒形シェル１０と、第１のヘッド、すなわち端壁２０と、第２のヘッド、すなわち端壁３０とを備える。図１の実施形態では、各ヘッド２０、３０は、ヤンキードライヤシリンダ１の内側に向かって低くなる中央部分２１、３１と、それぞれの低い中央部分２１、３１に接続部分２３、３３を介して接続されている端部部分２２、３２とを有する。
【００３８】
円筒形シェル１０には、特に内面１４に、所定の深さを有する複数の周方向溝１５が設けられている。知られているように、ヤンキードライヤシリンダ１に導入された蒸気からの蒸発潜熱を外側に移動させるために、形成された凝縮物は、溝１５の内部に集められる。
【００３９】
２つのヘッド２０および３０は、対向する端部１１および１２でシェル１０にボルト締めによって固定される。
【００４０】
ヤンキードライヤシリンダ１は、さらに、中空シャフト４０の両端部に固定された第１の軸受ジャーナル５０および第２の軸受ジャーナル６０を備える。
【００４１】
中空シャフト４０への軸受ジャーナル５０および６０の固定は、ねじボルトを用いて行われる。軸受ジャーナル５０および６０の端部５１および６１は、使用中、それぞれ、中空シャフト４０の穴４１および４２にそれぞれ収容され、それぞれの軸受７１および７２の内部に取り付けられた対応する部分５５および６５を有する。さらに、中空シャフト４０の各端部４１および４２は、ねじボルトによって、対応するヘッド２０および３０に固定される。
【００４２】
図１の例に概略的に示されるように、安全上の理由から、２つの検査用開口部２５が各ヘッドに設けられる。
【００４３】
本発明によれば、シェル１０は、鋼製、好ましくはＡＳＭＥ名に準拠するＳＡ−５１６−７０鋼製であり、第１および第２のヘッド２０および３０は、重量％で以下の組成：Ｃ：３．０〜３．５％、Ｓｉ：１．５〜２．７％、Ｍｎ：０．３〜０．７％、Ｐ：０．０５〜０．１０％、Ｖ：０．２０〜０．５０％、Ｓ：０．０５〜０．１０％、Ｍｇ：０．０６〜０．２０％、Ｃｕ：０．１０〜０．８０％、Ｃｒ：０．０５〜０．１０％を有する鋳鉄製である。この特定の種類の鋳鉄、より正確には、ＡＳＭＥ名に準拠するＳＡ−４７６−８０という名の球状鋳鉄は、後で詳細に説明するように、シェル１０のために使用される鋼の１つと線熱膨張の傾向が非常に似ていることを示す（この点については図２を参照）。特定の特に有利な実施形態では、軸受ジャーナル５０および６０ならびに中空シャフト４０も、ヘッド２０および３０と同じ鋳鉄、すなわち、上述の組成を有する球状鋳鉄製である。
【００４４】
以下、下表１に示す組成を有する本発明による鋳鉄（以後、「鋳鉄−８０」）が、鋼製のものと類似の、温度に対する容量測定的な答えを有することを実証するいくつかの実験データが示される。
【００４５】
表１  鋳鉄−８０の定性的および定量的化学組成
【００４６】
【表１】
2018515741.tif 000003
【００４７】
特に、「鋳鉄−８０」の試料（表２の試料１）、鋼製の試料（表２の試料３および４）、および異なる種類の鋳鉄（以下では「鋳鉄−６０」）の試料（表２の試料２）の比較分析が行われた。
【００４８】
材料は、１０ｍｍ長および２５．５ｍｍ２面積の円筒形状でサンプリングした。
【００４９】
表２  熱膨張に関する試験された鋳鉄および鋼の試料の説明
【００５０】
【表２】
2018515741.tif 000004
【００５１】
表１に示されている鋳鉄製および鋼製の試料の線熱膨張係数の測定結果は、４５〜２４５℃の温度範囲で測定された。
【００５２】
得られた結果は図２にグラフで報告された。
【００５３】
試料はすべて、温度とともに増加する線熱膨張係数の傾向を示す。
【００５４】
傾向は直線的ではないが、温度が分化したいくつかの領域がある。実際、温度に伴う増加は４５〜１２０℃までははるかに大きく、その後、１２０〜２４５℃の範囲では小さくなる。
【００５５】
一般に、唯一、５０〜９０℃のゾーンでより高い膨張係数（約１０％まで）を示す試料２（鋳鉄６０）を除いて、すべての材料は同様の傾向を示し、それほど異なる値を示さない。
【００５６】
熱膨張係数の平均値を計算し、表３に示した。
【００５７】
これらの値を分析すると、試験された試料では全体的に非常に小さな鋳鉄と鋼との間の熱膨張の異なる挙動が示される。
【００５８】
実際には、試験されたすべての範囲において、鋳鉄は、鋼の膨張率よりも比例して高い膨張率を有するが、平均値λの差は、小数第１位の変化において常に小さく、線形変化は１〜２％の間である。しかし、その熱膨張曲線が試験された全温度範囲で鋼製の試料の曲線によく似ている鋳鉄−８０の組成によってより関心が高まる。
【００５９】
表３  異なる温度範囲における鋳鉄および鋼製の試料の平均熱膨張係数
【００６０】
【表３】
2018515741.tif 000005
【００６１】
また、鋳鉄−８０の体積膨張の挙動は、線膨張として良好な性能を示したと判断された。
【００６２】
体積の体積膨張係数ｐｓｉは、以下のように線形体積の３倍として近似的に計算することができる。
Ｐｓｉ＝３・λ
【００６３】
したがって、温度Ｔ１から温度Ｔ２まで（Ｔ２＞Ｔ１）の材料の体積Ｖ０の体積膨張は次のようになり、
Ｖｔ−Ｖ０＝３Ｖ０・λ（Ｔ２−Ｔ１）
パーセンテージの変化率は、次のようになる。
ΔＶ％＝１００（Ｖｔ−Ｖ０）／Ｖ０＝３・１００λ（Ｔ２−Ｔ１）
【００６４】
表４  温度に関する表１の試料における体積変化
【００６５】
【表４】
2018515741.tif 000006
【００６６】
表４に示すデータから分かるように、試験されたすべての温度範囲において、体積変化は非常に小さく、事実上、本発明による革新的な鋳鉄−８０および試験された鋼に等しい。
【００６７】
特に１００〜２００℃の温度範囲では体積変化はわずか３‰であった。
【００６８】
示され議論された上記データは、本発明による鋳鉄が、鋼に非常に類似した体積膨張対温度を示すことを実証している。したがって、鋼および鋳鉄製の混合型ヤンキーシリンダを製造するための従来技術で通常使用される鋳鉄の相違、本発明による鋳鉄の使用により、ヤンキードライヤシリンダが熱応力を受けたときに、鋼製の部品と鋳鉄製の部品との接触ゾーン内において、安定性および加工の問題を回避することができる。
【００６９】
本発明の例示的な実施形態の上記説明は、概念的な観点から本発明を完全に明らかにするため、現在の知識を適用することにより、他者が、各種用途のために、さらなる研究なしで本発明から逸脱することなく、このような実施形態を変更および／または適応させることができ、したがって、このような適応および変更は、特定の実施形態と等価であるとみなされなければならないことが理解されるべきである。本明細書に記載の異なる機能を実現するための手段および材料は、この理由から、本発明の分野から逸脱することなく、異なる性質を有することができる。本明細書で用いられている表現または用語は、説明のためのものであり、限定としてみなすべきではないと理解すべきである。
【図１】
2018515741.tif 000007
【図２】
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【国際調査報告】
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