CH666332A5 - Metal clad synthetic resin roller - Google Patents

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CH666332A5
CH666332A5 CH341/85A CH34185A CH666332A5 CH 666332 A5 CH666332 A5 CH 666332A5 CH 341/85 A CH341/85 A CH 341/85A CH 34185 A CH34185 A CH 34185A CH 666332 A5 CH666332 A5 CH 666332A5
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CH
Switzerland
Prior art keywords
roller
plastic
synthetic resin
resin
metal
Prior art date
Application number
CH341/85A
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German (de)
Inventor
Hinrich Dipl-Ing Habenicht
Original Assignee
Sigri Gmbh
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C13/00Rolls, drums, discs, or the like; Bearings or mountings therefor

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Rolls And Other Rotary Bodies (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

A roller consists of a hollow cylindrical body, of carbon fibre reinforced synthetic resin, coated with a layer of wear resistant metal, pref. of nickel or chromium. Depending upon application the resin may be thermosetting, e.g. epoxy, polyester or phenol formaldehyde, or thermo-plastic, e.g. polypropylene, polyamide or polycarbonate. The reinforcement including graphite fibres, may be short lengths evenly dispersed or oriented layers including longer lengths as required. The metal layer may vary between 10 and 1000 microm thickness. It is electrodeposited on a chemically applied copper undercoating.

Description

       

  
 



   BESCHREIBUNG



   Die Erfindung betrifft eine Walze mit einem hohlzylindrischen Walzenkörper und eine Rotationsmaschine zur Herstellung von Folien und Filmen mit den Walzen.



   Mit hohen Drehzahlen beaufschlagte Walzen sind grossen Fliehkräften ausgesetzt, deren Grösse u.a. der Walzenmasse proportional ist. Die an schnell drehenden metallischen Walzen mit vergleichsweise grosser Masse anliegenden Kräfte verformen die zylindrischen Walzen zu tonnenförmigen Körpern, so dass die Spaltbreite zwischen zwei Walzen oder einer Walze und einem feststehenden Gegenkörper über die Länge der Walze nicht konstant ist. Walzprodukte werden entsprechend verformt und ungleichmässig belastet.



  Andere Nachteile metallischer Walzen grosser Masse sind das hohe Widerstandsmoment und die vergleichsweise grossen, als Folge von Unsymmetrien gebildeten, mit Unwucht bezeichneten Kräfte, die allgemein mit der Dichte des Walzenmaterials wachsen. Ein gewichtiger Vorteil metallischer Walzen ist andererseits die glatte, mehr oder weniger verschleissfeste Oberfläche, eine Bedingung für die Herstellung eines Walzprodukts mit hoher Oberflächengüte.



   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verformung von hohlzylindrischen Walzen durch Fliehkräfte zu vermindern, die Widerstandsmomente und die Unwucht.



  kräfte zu senken, ohne die Güte der Mantelfläche zu beeinträchtigen.



   Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Walzenkörper aus einem mit Kohlenstoffasern verstärkte Kunststoff besteht und sein Mantel mit einem Metall beschichtet ist.



   Unter dem Begriff  mit Kohlenstoffasern verstärktem Kunststoff  werden Harzkörper mit eingelagerten Kohlenstoffasern verstanden. Wegen   der grösseren    thermischen Beständigkeit und der geringeren Plastizität sind im allgemeinen duroplastische Harze für den Walzenkörper vorzuziehen, z.B. Epoxidharze, Polyesterharze oder Phenolformaldehydharze, obgleich unter bestimmten Bedingungen auch thermoplastische Harze geeignet sind, z.B. Polypropylen, Polyamide oder Polycarbonate. Die verstärkenden Kohlenstoffasern - unter diesem Begriff sind ebenfalls Graphitfasern zu verstehen - sind in Form von Kurzschnittfasern mehr oder weniger statistisch in der Harzmatrix verteilt oder bevorzugt schichtig angeordnet.

  Schichtige Anordnungen ermöglichen, eine grössere Fasermenge in eine gegebene Harzmatrix einzuarbeiten und die Fasern entsprechend den tatsächlichen Belastungsbedingungen zu orientieren. Beide Massnahmen erhöhen Festigkeit und Steifigkeit des Walzenkörpers. Beispiele sind unidirektionale Wickelkörper und bandförmig laminierte Hohlzylinder.



   Die Dichte der hohlzylindrischen Walzenkörper aus kohlenstoffverstärktem Kunststoff beträgt etwa 1,5 bis 1,6 g/cm3, gegen etwa 7,8 g/cm3 für Stahl. Festigkeit und Elastizitätsmodul sind u.a. Funktionen der verwendeten Fasersorte, der Fasermenge und -orientierung und der Harzart. Mittlere Werte sind etwa 500 bis 1000 MPa (Zugfestigkeit) und 50 bis 100 GPa (E-Modul) gegen etwa 1100 MPa und 210 GPa für Stahl. Die Masse des holzylindrischen Walzenkörpers nach der Erfindung beträgt entsprechend bei nur geringfügig kleinerem Widerstandsmoment nur ein Fünftel der Masse einer Stahlwalze.



   Die metallische Oberflächenbeschaffenheit erhält der Walzenkörper durch die Beschichtung mit einem Metall, besonders einer widerstandsfähigen Nickel- oder Chromlegierung. Die Art des Metalls und die Dicke der Metallbeschichtung, die etwa 10 bis 1000   Rm    betragen kann, richten sich im einzelnen nach den Verwendungsbedingungen der Walzen. Zum Aufbringen der Metallbeschichtung wird beispielsweise der aus kohlenstoffaserverstärktem Kunststoff bestehende Walzenkörper chemisch gebeizt oder geätzt, auf die aufgerauhte Mantelfläche stromlos eine Kupferschicht abgeschieden und dann eine Metallschicht beliebiger Dicke galvanisch aufgebracht. Die Oberflächenbeschaffenheit der beschichteten Walze ist identisch mit durchgehend metallischen Walzen, deren Masse wie oben beschrieben etwa fünfmal grösser ist.



   Die Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigen schematisch in perspektivischer Ansicht:
Fig. 1 eine hohlzylindrische Walze, bekannter Bauart, und
Fig. 2 eine hohlzylindrische, teilweise aufgeschnittene Walze nach der Erfindung.



   In Fig.   list    eine Walze 1 mit einem hohlzylindrischen Walzenkörper 2 und einem Lagerzapfen 3 dargestellt, der in beliebiger Weise kraft- oder formschlüssig mit dem Walzenkörper 2 verbunden ist.



   In Fig. 2 besteht der Walzenkörper 2 aus einem Hohlzylinder aus mit Kohlenstoffasern verstärktem Kunststoff 4, der mit einer Schicht aus einem widerstandsfähigen Metall 5 versehen ist.



   Die erfindungsgemässen Walzen zeichnen sich durch eine geringe Masse und eine hohe Steifigkeit aus. Sie eignen sich in erster Linie für Rotationsmaschinen zur Herstellung von Folien und Filmen mit hohen Drehzahlen, die insbesondere mit über etwa 1000 U/min laufen. 



  
 



   DESCRIPTION



   The invention relates to a roller with a hollow cylindrical roller body and a rotary machine for the production of foils and films with the rollers.



   Rollers at high speeds are exposed to high centrifugal forces, the size of which is proportional to the roll mass. The forces applied to rapidly rotating metallic rollers with a comparatively large mass deform the cylindrical rollers into barrel-shaped bodies, so that the gap width between two rollers or one roller and a stationary counter body is not constant over the length of the roller. Rolled products are deformed accordingly and loaded unevenly.



  Other disadvantages of large-diameter metallic rolls are the high section modulus and the comparatively large, unbalanced forces which are formed as a result of asymmetries and which generally grow with the density of the roll material. On the other hand, a major advantage of metallic rollers is the smooth, more or less wear-resistant surface, a condition for the production of a rolled product with a high surface quality.



   The invention has for its object to reduce the deformation of hollow cylindrical rollers by centrifugal forces, the moments of resistance and the unbalance.



  lower forces without impairing the quality of the outer surface.



   The object is achieved according to the invention in that the roller body consists of a plastic reinforced with carbon fibers and its jacket is coated with a metal.



   The term plastic reinforced with carbon fibers means resin bodies with embedded carbon fibers. Because of the greater thermal resistance and lower plasticity, thermosetting resins are generally preferred for the roll body, e.g. Epoxy resins, polyester resins or phenol formaldehyde resins, although under certain conditions thermoplastic resins are also suitable, e.g. Polypropylene, polyamides or polycarbonates. The reinforcing carbon fibers - this term is also to be understood as graphite fibers - are distributed in the form of short cut fibers more or less statistically in the resin matrix or are preferably arranged in layers.

  Layered arrangements enable a larger amount of fibers to be incorporated into a given resin matrix and the fibers to be oriented according to the actual loading conditions. Both measures increase the strength and rigidity of the roller body. Examples are unidirectional bobbins and laminated hollow cylinders.



   The density of the hollow cylindrical roller body made of carbon-reinforced plastic is approximately 1.5 to 1.6 g / cm3, compared to approximately 7.8 g / cm3 for steel. Strength and modulus of elasticity include Functions of the type of fiber used, the amount and orientation of the fibers and the type of resin. Mean values are about 500 to 1000 MPa (tensile strength) and 50 to 100 GPa (modulus of elasticity) against about 1100 MPa and 210 GPa for steel. The mass of the wood-cylindrical roller body according to the invention is correspondingly only a fifth of the mass of a steel roller with only a slightly smaller section modulus.



   The roller body obtains the metallic surface quality from the coating with a metal, in particular a resistant nickel or chrome alloy. The type of metal and the thickness of the metal coating, which can be approximately 10 to 1000 μm, depend in particular on the conditions of use of the rollers. To apply the metal coating, for example, the roller body made of carbon fiber reinforced plastic is chemically pickled or etched, a copper layer is electrolessly deposited on the roughened outer surface and then a metal layer of any thickness is applied galvanically. The surface quality of the coated roller is identical to continuous metallic rollers, the mass of which is about five times greater, as described above.



   The invention is explained in more detail below with reference to drawings, for example. They show schematically in perspective view:
Fig. 1 is a hollow cylindrical roller, known type, and
Fig. 2 is a hollow cylindrical, partially cut roller according to the invention.



   FIG. 1 shows a roller 1 with a hollow cylindrical roller body 2 and a bearing journal 3, which is connected to the roller body 2 in a non-positive or positive manner in any way.



   2, the roller body 2 consists of a hollow cylinder made of plastic 4 reinforced with carbon fibers, which is provided with a layer of a resistant metal 5.



   The rolls according to the invention are notable for their low mass and high rigidity. They are primarily suitable for rotary machines for the production of foils and films with high speeds, which in particular run at about 1000 rpm.


    

Claims (8)

PATENTANSPRÜCHE 1. Walze mit einem hohlzylindrischen Walzenkörper, dadurch gekennzeichnet, dass der Walzenkörper (2) aus einem mit Kohlenstoffasern verstärkten Kunststoff (4) besteht und sein Mantel mit einem Metall (5) beschichtet ist.  PATENT CLAIMS 1. Roller with a hollow cylindrical roller body, characterized in that the roller body (2) consists of a plastic (4) reinforced with carbon fibers and its jacket is coated with a metal (5). 2. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstoffasern aus Graphit bestehen.  2. Roller according to claim 1, characterized in that the carbon fibers consist of graphite. 3. Walze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff aus einem duroplastischen Harz besteht.  3. Roller according to claim 1 or 2, characterized in that the plastic consists of a thermosetting resin. 4. Walze nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff aus einem Epoxid-, Polyester- oder einem Phenolformaldehydharz besteht.  4. Roller according to claim 3, characterized in that the plastic consists of an epoxy, polyester or a phenol formaldehyde resin. 5. Walze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff aus einem thermoplastischen Harz besteht.  5. Roller according to claim 1 or 2, characterized in that the plastic consists of a thermoplastic resin. 6. Walze nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff aus Polypropylen, einem Polyamid oder einem Polycarbonat besteht.  6. Roller according to claim 5, characterized in that the plastic consists of polypropylene, a polyamide or a polycarbonate. 7. Walze nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass der Walzenkörper (2) mit einer Nickel- oder Chromlegierung beschichtet ist.  7. Roller according to one of claims 1-6, characterized in that the roller body (2) is coated with a nickel or chrome alloy. 8. Rotationsmaschine zur Herstellung von Folien und Filmen mit Walzen nach einem der Ansprüche 1-7.  8. Rotary machine for the production of films and films with rollers according to one of claims 1-7.
CH341/85A 1984-02-28 1985-01-25 Metal clad synthetic resin roller CH666332A5 (en)

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