AT394680B - Linien- schneidmesser fuer die bearbeitung von flaechigem material - Google Patents

Description

AT 394 680 B

Die Erfindung betrifft ein Linien-Schneidmesser für die Bearbeitung von flächigen Materialien, insbesondere für den Einsatz in der papier-, leder-, kunststoff- und dergleichen-verarbeitenden Industrie, bestehend aus einem bandförmigen Trägermaterial mit einem längsseitig, vorzugsweise durch mechanische Bearbeitung, erstellten Schneidkantenbereich bzw. mit einer ein- oder beidseitig endang des Bandes verlaufenden Schneidkante und einer Beschichtung.

Linien-Schneidmesser dienen beispielsweise zur Erzeugung von Faltschachteln bzw. Faltschachtelrohlingen, zum Ausstanzen von klebstoffbeschichteten Papieretiketten, welche auf Abziehfolien haften, zur Erstellung von gleichgeformten Massenteilen in der Lederindustrie, zum Ausschneiden von ein- oder mehrlagigen sowie verschweißten Teilen auf Kunststoffolien und dergleichen.

Die Dicke der Linien-Schneidmesser, die eine Härte von 40 bis 48 HRc aufweisen sollen, beträgt meist zwischen 0,5 und 2 mm, wobei eine hohe Elastizität des Werkstoffes gefordert ist, sodaß durch Biegen des Messerbandes beim Einbringen in eine Halterung auch Schnittmuster mit geringen Radien gebildet werden können.

Linien-Schneidmesser sind Werkzeuge, die beim Einsatz hohen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt werden, wobei auch ein Verschleiß durch Abrieb und chemische Korrosion die Haltbarkeit bzw. Standzeit begrenzt. Auch der bei den Schneidvorgängen durch Oberflächenreibung vom Schneidgut abfallende Staubanteil ist in vielen Fällen unerwünscht.

Es sind viele Versuche bekannt geworden, Linien-Schneidmesser mit verbesserten Gebrauchseigenschaften herzustellen, insbesondere die Härte der Messerschneide zu erhöhen. Höhere Materialhärten verringern zwar den mechanischen Verschleiß im praktischen Betrieb, insbesondere beim Schneiden und Stanzen von Recyclingpapier mit hohem Füllstoffanteil, es sind jedoch dadurch nur Linien mit großen Kantenradien herstellbar, wobei schon bei der Montage oder bei geringen Betriebszeiten Messerbrüche auftreten können. Auch die Korrosionsneigung, der Schnittstaubanfall und die Haftneigung der Messer gegenüber Klebstoffen werden durch eine höhere Härte praktisch nicht beeinflußt. Diese Probleme und deren Lösungen sind bekannt und beispielsweise aus Papier + Kunststoff-Verarbeiter 1-82, Seiten 17, 18 und 20, "Das Messer im Schnellschneiden" zu entnehmen. Es sind Linien-Schneidmesser bekannt, bei welchen nur der Schneidkantenbereich induktiv oder mittels Plasmaverfahrens sowie Plasmabeschichtungsverfahrens (GB-A 1135839) und dergleichen gehärtet ist. Auch wurde versucht, die Gebrauchseigenschaften der Messer durch Aufträgen von reibungswiderstandsvermindemden Stoffen zu verbessern. Beispielsweise für Rasierklingen wird laut GB-PS 1 050 243 vorgeschlagen, deren Schneidkanten mit einer Beschichtung zu versehen, um bessere Gleiteigenschaften der Klinge und einen Korrosionssschutz zu bewirken. Auch ein mehrlagiges Aufdampfen von Hartstoffschichten, z. B. Oxide und Karbide, auf Rasierklingenschneiden ist aus der US-PS 3 911 579 bekannt geworden. Weiters sind korrosionsbeständige, insbesondere aus hoch chromlegierten Stählen gefertigte Linien-Schneidmesser bekannt geworden, wobei das gesamte Messer oder nur die Schneidkantenbereiche gehärtet sind. Messer mit einer galvanischen Beschichtung, z. B. aus Hartchrom, zur Verhinderung von Korrosionsangriff sind ebenfalls bekannt.

Bei Messerklingen zum Schneiden von flächigem Material kann gemäß US-A 4 653 373 eine laufende selbsttätige Schärfung der Schneidkante dadurch »folgen, daß auf einem hochverschleißenden Basismaterial einseitig ein harter oder verschleißbeständiger Überzug aufgebracht ist. Im praktischen Einsatz entsteht ein einseitiger Verschleiß und zwar der beschichtungsfreien Schrägfläche der Klinge, wobei besonders gute Gebrauchseigenschaften durch eine durch Ausbrechen des Überzuges entstehende gezackte Schneidkante erreicht werden. Insbesondere für Rasierwerkzeuge und Sägen ist durch die DE-A 30 47 88 ein Verfahren für die Vergütung von Schneiden bekannt geworden, bei welchem ein Kohlenstoff enthaltender IJberzug mittels plasmaaktivierten Abscheidungsprozesses aus einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Gasphase bei Raumtemperatur und einer elektrischen Vorspannung von 100 V auf dem Substrat abgeschieden wird.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß mit den bekannten Linien-Schneidmessem und Messerausführungen nicht immer eine Erhöhung der Standzeit «reicht werden kann, weil zusätzlich zur Forderung nach entsprechender Biegbarkeit eine Vielfachbeanspruchung, insbesondere der Schneidbereiche, durch mechanische Kräfte, durch Reibung und durch chemische Korrosion gegeben ist.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, Linien-Schneidmesser zu schaffen, welche bei einer entsprechenden Härte des Grundmaterials von mindestens 40 bis 48 HRc und bei guter Biegbarkeit zumindest im Schneidkantenbereich eine hohe Festigkeit gegen mechanischen Abrieb, eine geringe Haftneigung für Klebemittel und eine Korrosionsbeständigkeit gegen die bei der Verarbeitung auftretenden chemischen Substanzen und somit eine höhere Standzeit aufweisen, wobei gegebenenfalls der im praktischen Betrieb anfallende Papier- und Füllstoffstaub gering ist. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß auf der gesamten Oberfläche im Schneidkantenbereich eines aus niedriglegiertem rostenden Stahl, insbesondere aus Kohlenstoffstahl, bestehenden Linien-Schneidmessers eine ein- oder mehrlagige Hartstoffschicht aufgebracht ist, welche aus Nitrid und/oder Karbid und/oder Oxid und/oder Karbonitrid und/oder Oxikarbonitrid der Elemente der Gruppen IVb, Vb, VIb des periodischen Systems der Elemente bzw. der Elemente Titan, Zirkon, Hafnium, Vanadin, Niob, Tantal sowie Chrom, Molybdän und Wolfram oder aus Nitrid der Elemente Bor, Aluminium, und Silizium gebildet ist und gegebenenfalls unterschiedliche Zusammensetzung der Einzellagen aufweist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Beschichtung mittels PVD-Verfahrens aufgebracht ist und die Dicke der Hartstoffschicht 1 bis 10 μηη, -2-

AT 394 680 B vorzugsweise 3 bis 5 μιη, aufweist. Weiters bevorzugt ist, daß die Hartstoffschicht aus Titankarbonitrid und/oder Titannitrid besteht.

Dem Fachmann ist bekannt, daß spröde Hartstoffschichten, die insbesondere auf Werkzeuge, die sich äußerst gering plastisch verformen, wie Hartmetall oder Schnellstahl, aufgebracht werden, nur dann eine gute Haftung auf dem Substrat aufweisen können, wenn eine Oberflächendiffusion gegeben ist, so daß der Beschichtungsvorgang bei Temperaturen zwischen 400 und 500 °C in einer Zeit von ca. 30 bis 100 Minuten durchgeführt wird. Beschichtungen bei diesen Temperaturen bewirken jedoch bei niedriglegierten und Kohlenstoffstählen einen Anlaßeffekt, der schon ab ca. 150 °C beginnt und mit steigender Temperatur zu Veränderungen der Eigenschaften bzw. zu einer wesentlichen Erniedrigung der Vergütungshärte des Materials führt. Dieser Härteabfall wird beispielsweise im Lehrbuch "Handbuch der Sonderstahlkunde" v. Eduard Houdremont, 3. verbesserte Auflage, 1956,1. Band, auf den Seiten 179 -187 ausführlich beschrieben.

Beim Einsatz von hartstoffbeschichteten Linien-Schneidmessem trat ein vom Fachmann erwartetes Absplittern der spröden Hartstoffschicht von den Oberflächen des Schneidbereiches beim Biegen und bei der elastischen Materialverformung durch die mechanischen Beanspruchungen beim Schnitt nicht ein. Überraschenderweise wurde gefunden, daß eine im Schneidbereich aufgebrachte Hartstoffschicht eine wesentliche Steigerung der Standzeit des Linien-Schneidmessers bewirkt, weil sich die Reibungskräfte zwischen Schneidgut und Messer und dadurch die mechanischen Beanspruchungen, insbesondere im Schneidkantenbereich, verringern, wobei gegebenenfalls der Papierstaub und der Füllstoffanfall deutlich kleiner werden. Weiters ist trotz geringfügiger Erhöhung der Oberflächenrauhigkeit der Schneidflächen durch die Hartstoffbeschichtung nur eine äußert geringe Haftneigung für Klebstoffe gegeben. Völlig unerwartet wurde auch gefunden, daß schon eine Dicke der Hartstoffschicht von 1 pm eine wesentliche Verringerung des Korrosionsangriffes bewirkt und ab einer Schichtdicke von 3 pm ein Korrosionsschutz gegen chemische Substanzen, die bei der Verarbeitung von klebstoffbeschichteten Kunststoff- und Ledermaterialien vorliegen, gegeben ist, wodurch die Standzeit der Linien-Schneidmesser bei der Verarbeitung derartiger Produkte sowie bei Einwirkung von Feuchtigkeit wesentlich gesteigert wird.

Im folgenden werden anhand von Zeichnungen erfindungsgemäße Linien-Schneidmesser näher beschrieben und deren Herstellung erklärt Es zeigen: Fig. 1 bis Fig. 3 schematisch Querschnittsformen von Linien-Schneidmessem.

In Fig. 1 ist ein einseitig schneidendes Linien-Schneidmesser mit Anschliff beider Bandflächen dargestellt. Ein Schneidbereich (1) mit einer Schneidlinie (2) eines Bandes (3) ist keilartig ausgebildet, wobei die Keilflächen (4) und (4’) zu den parallelen Oberflächen des Bandes (3) geneigt sind. Auf den Keilflächen (4) und (4') ist eine Hartstoffschicht angeordnet.

Fig. 2 zeigt ein einseitig schneidendes Linien-Schneidmesser mit einseitiger Anfasung. Die Schneidlinie (2) liegt in einer der parallelen Oberflächen des Bandes (3) und bildet mit dieser und der Keilfläche (4) einen als schiefen Keil ausgebildeten Schneidbereich (1). Auf der Keilfläche (4) befindet sich eine Hartstoffschicht, die Keilfläche (4'), welche den der Schneidlinie (2) zugewandten Teil der Oberfläche des Bandes (3) darstellt, kann ebenfalls eine Hartstoffschicht tragen.

In Fig. 3 ist ein beidseitig schneidendes Linien-Schneidmesser dargestellt, wobei auf einem Band (3) zwei Schneidbereiche (1) und (Γ) in einer Ausführung, wie in Fig. 1 dargestellt, angeordnet sind.

Ein erfindungsgemäßes Linien-Schneidmesser wird hergestellt, indem ein Band aus einem niedriglegierten Stahl, beispielsweise einem Kohlenstoffstahl mit einer Kohlenstoffkonzentration von 0,4 bis 0,8 Gew.-% Kohlenstoff, mittels Warm- und/oder Kaltwalzung auf eine erforderliche Dicke gebracht wird, wonach gegebenenfalls eine Wärmebehandlung in einer bestimmten Atmosphäre zur Bandoberflächenbeeinflussung erfolgt Am derart gefertigten Band wird ein Vergüten, bestehend aus mindestens einer Härtung und einer Anlaßbehandlung, vorgenommen, worauf durch eine vorzugsweise mechanische Bearbeitung eine oder zwei Schneidkanten sowie eine geforderte Enddimension eingestellt werden. Auf die Bandoberfläche im Schneidkantenbereich wird eine Hartstoffschicht aufgebracht wobei vorzugsweise ein PVD-Verfahren Anwendung findet

Die Haltbarkeit von handelsüblichen und erfindungsgemäßen Linien-Schneidmessem wurde vergleichend untersucht Bei den erfindungsgemäßen Linien-Schneidmessem bestand der bandförmige Trägerteil aus dem Werkstoff C60 (Kohlenstoffstahl mit einem Kohlenstoffgehalt von ca. 0,6 Gew.-%). Auf vergütete Messerbänder mit einer Härte von 45 HRc erfolgte die Aufbringung von einlagigen und mehrlagigen Hartstoffschichten aus Titankarbonitrid (Ti(C,N)) und/oder Titannitrid (TiN), wonach diese Linien-Schneidmesser parallel zu solchen, die den herkömmlichen Aufbau aufwiesen, in Schnellschneidem eingesetzt wurden. Bei der Ermittlung und Auswertung der Standzeitergebnisse wurden die Schneidzahlwerte herangezogen bzw. gegenübergestellt. Es zeigte sich, daß mit den erfindungsgemäßen Linien-Schneidmessem bei der Bearbeitung von Neupapier eine Standzeiterhöhung von mindestens 65 % erreicht wird. Bei der Verarbeitung von Recyclingpapier und Karton mit hohem Füllstoffanteil konnten mindestens die 2,5-fachen Standzeiten erreicht werden, wobei der Staubanfall auf ca. 25 % reduziert war. Mindestens 3 mal höhere Standzeiten waren bei der Verarbeitung von Kunststoffolien und mit Klebstoff beschichteten Etiketten sowie bei höheren Wassergehalten der flächigen Materialien gegeben. Herkömmliche Linien-Schneidmesser wiesen schon nach kurzem Einsatz Korrosionsangriff auf, der sich auch bei Stillstand des Schnellschneiders und bei der Lagerung von ungesäuberten Linien-Schneidmessem verstärkte. -3-

Claims (3)

1. AT 394 680 B PATENTANSPRÜCHE 1. Linien-Schneidmesser für die Bearbeitung von flächigen Materialien, insbesondere für den Einsatz in der papier-, leder-, kunststoff- und dergleichen-verarbeitenden Industrie, bestehend aus einem bandförmigen Trägerteil mit einem längsseitig, vorzugsweise durch mechanische Bearbeitung erstellten Schneidkantenbereich bzw. mit einer ein- oder beidseitig entlang des Bandes verlaufenden Schneidkante und einer Beschichtung, dadurch gekennzeichnet, daß auf der gesamten Oberfläche im Schneidkantenbereich eines aus niedriglegiertem rostenden Stahl, insbesondere aus Kohlenstoffstahl, bestehenden Linien-Schneidmessers eine ein- oder mehrlagige Hartstoffschicht aufgebracht ist, welche aus Nitrid und/oder Karbid und/oder Oxid und/oder Karbonitrid und/oder Oxikarbonitrid der Elemente der Gruppen IVb, Vb, VIb des periodischen Systems der chemischen Elemente oder aus Nitrid der Elemente Bor, Aluminium und Silizium gebildet ist und gegebenenfalls unterschiedliche Zusammensetzung der Einzellagen auf weist.
2. 2. Linien-Schneidmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartstoffschicht eine Dicke von 1 bis 10 pm, vorzugsweise eine solche von 3 bis 5 pm, aufweist.
3. 3. Linien-Schneidmesser nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartstoffschicht aus Titankarbonitrid und/oder Titannitiid (TiN) besteht Hiezu 1 Blatt Zeichnung -4-