DE10108699C2

DE10108699C2 - Verfahren zum Herstellen technischer Walzen

Info

Publication number: DE10108699C2
Application number: DE2001108699
Authority: DE
Inventors: Kilian Saueressig
Original assignee: Saueressig GmbH and Co KG
Current assignee: Saueressig GmbH and Co KG
Priority date: 2001-02-23
Filing date: 2001-02-23
Publication date: 2003-01-30
Anticipated expiration: 2021-02-24
Also published as: DE10108699A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen technischer Walzen, welche einen mit einem Fluidmediumkreislauf ausgestatteten Trägerkern aufweisen, wobei Fluidleitungen in die Oberfläche des Trägerkerns münden. Die technischen Walzen werden vorzugsweise in der Druck- und Prägeindustrie und in der Anlagenindustrie eingesetzt.

Es sind Beschichtungen auf Stahlkernen bekannt, die für Prägezwecke eingesetzt werden. Die Beschichtung ist dabei fest mit der Oberfläche des Stahlkerns verbunden und läßt sich nach dem Auftragen der Beschichtung nur zerstörend lösen. Neben diesem Nachteil, daß die Entfernung der Beschichtung nicht zerstörungsfrei erfolgen kann, ist weiterhin der Wärmetrans port oft unzureichend. Dieser erfolgt im allgemeinen nach folgenden Regeln:

1. Wärmeübergang von einem Medium, das die äußere Oberfläche der Beschichtung be rührt, in die Beschichtung;
2. Wärmedurchgang durch die Beschichtung zur inneren Mantelfläche;
3. Wärmeübergang auf den unter der Beschichtung befindlichen Stahlkern;
4. Wärmedurchgang durch den Stahlmantel;
5. Wärmeübergang auf die im Inneren des Stahlmantels befindliche Kühlflüssigkeit; und
6. Wärmedurchgang durch die Kühlflüssigkeit.

Durch die Vielzahl der Wärmeübergänge und -durchgänge ist ein effektiver Wärmetransport nicht gewährleistet.

Weiter sind technische Walzen bekannt, bei denen, wie in Fig. 4 dargestellt ist, auf einen Trägerkern 10 eine Hülse 20 aufgespannt ist, indem mechanische Spannelemente 12 die Hülse 20 festhalten. In den Bereichen, an denen die mechanischen Spannelemente 12 die Hülse 20 berühren, können unerwünschte elastische oder plastische Verformungen stattfinden. Im Inne ren 30 des Trägerkerns 10 ist Kühlmittel vorgesehen, das durch einen Zulauf 32 in den Zwi schenträgerkern 10 und Hülse 20 gebildeten Freiraum, beispielsweise nach Art einer Spirale geführt und durch den Ablauf 34 wieder zurück in das Innere 30 des Kerns geführt wird. Die ses Kühlmedium kann an den Orten, wo die mechanischen Spannelemente 12 angeordnet sind, keinen direkten Kontakt zur Hülse 20 finden, so daß Wärmetauschgradienten an der in neren Oberfläche der Hülse 20 auftreten werden.

Oftmals ist es erforderlich, daß die Oberfläche der Hülse beispielsweise spanend bearbeitet werden muß. Durch die dabei wirkenden Kräfte können zwischen den einzelnen mechani schen Spannelementen 12 an der Hülse 20 Biegungen erzeugt werden, die unter Umständen nicht vollständig reversibel sind und die Qualität eines Druckmusters beeinträchtigen können.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen technischer Walzen bereitzustellen, das für die Walze einen erheblich verbesserten Wärmetransport zuläßt, wobei die Oberflächenbearbeitung der Hülse ebenso unproblematisch sein soll wie die zerstörungs freie Entfernung der Hülse.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltun gen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen technischer Walzen, welche eine mit einem Kühlkreislauf ausgestatteten Trägerkern aufweisen, wobei Kühlleitungen in die Oberfläche des Trägerkerns münden, weist die Schritte auf:

a) Bereitstellen einer zylindrischen Hülse mit einem Innendurchmesser, der geringer ist als der Außendurchmesser des Trägerkerns, wobei der anfängliche Innendurchmesser der Hülse so gewählt ist, daß sich bei Betriebstemperatur der Hülse zwischen Trägerkern und Hülse ein Spalt einstellt;
b) Erwärmen der Hülse, bis diese einen Innendurchmesser aufweist, der mindestens so groß ist wie der Außendurchmesser des Trägerkerns;
c) Aufziehen oder Aufschieben der erwärmten Hülse auf den Trägerkern;
d) Abkühlen der Hülse auf dem Trägerkern;
e) Anbringen von Dichtelemente an jedem Endumfangsbereich des Trägerkerns für den dichtenden Abschluß der Hülse sowohl im kalten Zustand als auch bei Betriebstempera tur der Hülse.

Die grundsätzlichen Verfahrensschritte des thermischen Aufschrumpfens sind aus der DE 23 15 090 B2 bekannt. Wesentlich für die Erfindung ist die Radialbemessung der Hülse.

Der anfängliche Innendurchmesser der Hülse wird zum einen so gewählt, daß sich im kalten Zustand die Hülse aufgrund der eingefrorenen Spannung fest auf dem Trägerkern befindet. Die Zerspanung der Oberfläche kann nun problemlos erfolgen, da die Hülse auf der gesamten Oberfläche des Trägerkerns aufliegt. Negative Biegeeffekte, die durch mechanische Span nelemente hervorgerufen wären, treten nicht auf. Der anfängliche Innendurchmesser ist wei terhin so gewählt, daß sich im Betrieb ein kleiner Spalt zwischen der Hülse und dem Träger kern ausbilden kann. Dieser Spalt entsteht durch die Erwärmung der Hülse an ihrer Oberflä che. Die Hülse kann nun direkt beispielsweise durch ein Kühlmedium, das gasförmig oder flüssig sein kann, beaufschlagt werden, so daß ein Wärmeübergang vom Kühlmedium direkt auf die Hülse erfolgt. Es liegen bei den nach den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten technischen Walzen somit grundsätzlich zwei Fluidkreisläufe vor, nämlich ein primärer, der das Innere des Trägerkerns kühlt, und ein sekundärer, der erst dann zum Tragen kommt, wenn sich ein Spalt zwischen Hülse und Trägerkern gebildet hat. Da sich der Umfang der Hülse mit Erwärmung vergrößert, kann der im Betrieb benötigte Durchmesser in bestimmten Grenzen über die Verfahrensparameter, im wesentlichen den Fluidmitteldruck und/oder die Tempera tur des fluiden Mediums, gesteuert werden.

Die Hülse kann nicht nur gekühlt werden, sie kann auch beheizt werden, wobei als Kühl- bzw. Heizmedium Gase und/oder Flüssigkeiten eingesetzt werden. Die Hülse mit Trägerkern kann insbesondere als Kühlwalze eingesetzt werden, wenn ein schnelles Ansprechen der Hül se auf den Temperaturwechsel des Kühlmediums gefordert wird, in der Berührungslinie zu einer Gegenwalze jedoch immer eine ausreichende Biegesteifigkeit vorhanden sein muß. Schließlich kann die Hülse auch mit Durchlässen versehen sein, so daß sie als Auftragswalze, etwa für Farben oder Leim, eingesetzt werden kann. Anstelle des Kühlmittels wird dann das entsprechende andere Medium eingesetzt.

Die Oberflächenbearbeitung der Hülse erfolgt bevorzugt nach dem Schritt (d). Es ist eine tie fen- und/oder flächenvariable Strukturierung durch Laser, Fräswerkzeuge und dergleichen möglich.

Die Dichtelemente an den Enden des Trägerkerns, der vorzugsweise an beiden Enden einge brachten Umfangsnuten zur Aufnahme der Dichtelemente hat, verhindern ein Austreten des fluiden Mediums. Die Dichtelemente, zweckmäßigerweise aus elastischem Material, sind im kalten Zustand so stark vorgespannt, daß sie auch das Spiel zwischen Hülse und Trägerkern zumindest bei Betriebstemperatur überbrücken können.

Der Trägerkern ist im wesentlichen dimensionsstabil, da der primäre Kühlkreislauf mit größe rem Querschnitt der Kühlkanäle als bisher möglich ausgelegt werden kann und auch ein höhe rer Druck des Kühlmediums möglich ist. Dies bedeutet, daß für den Trägerkern auch Mate rialien verwendet werden können, die den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten haben wie die Hülse. Bei dickwandigen Hülsen mit besonderer Stabilität kann der Trägerkern an seiner Oberfläche mit Vertiefungen versehen werden, die den Strömungswiderstand für das Kühl- bzw. Heizmedium reduzieren, ohne daß die Biegesteifigkeit insgesamt verloren geht.

Im folgenden soll die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht durch eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herge stellten technischen Walze in kaltem Zustand;

Fig. 2 eine Längsschnittansicht einer erfindungsgemäß hergestellten technischen Walze mit Gegenwalze;

Fig. 3 eine Querschnittsansicht der Anordnung nach Fig. 2 bei Betriebstemperatur; und

Fig. 4 eine technische Walze nach dem Stand der Technik.

Fig. 1 zeigt eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte technische Walze, nachdem die Hülse 20 in erwärmtem Zustand auf den Trägerkern 10 aufgezogen worden ist und sich dann abgekühlt hat. Die Hülse 20 liegt überall am Trägerkern 10 an. Einzelheiten des Kühlkreislaufs sind nicht dargestellt.

Fig. 2 zeigt eine solche technische Walze zusammen mit einer Gegenwalze 40, die mit der Hülse 20 eine Berührungslinie bildet. An dieser Stelle liegt die Hülse 20 dicht am Trägerkern 10 an, so daß der Zulauf 32 bzw. der Ablauf 34 für Kühlmittel, das aus dem Inneren 30 des Trägerkern an seine Oberfläche gelangt, verschlossen ist. Die in die Umfangsnuten des Trä gerkerns eingesetzten Dichtungen 36, 38 sind hier stark komprimiert.

Fig. 3 zeigt die Anordnung der Fig. 2 im Querschnitt. Auf der von der Gegenwalze 40 ab gewandten Seite des Trägerkerns 10 bildet sich zwischen Trägerkern 10 und Hülse 20 ein Spalt 14 aus, dessen maximale Breite B beispielsweise zwischen 0,1 mm und 0,3 mm einge stellt ist. Durch diesen Spalt 14 wird der sekundäre Kühlkreislauf aktiviert.

Es kann zweckmäßig sein, ein Ende der Hülse 20 als Festlager auszulegen, so daß die Hülse 20 nicht wandern kann. Dies kann beispielsweise über eine Sicherung durch einen Paßstift oder dergleichen geschehen. Beide Seiten der Hülse 20 können alternativ als Loslager konzi piert sein, so daß die Hülse 20 schwimmt. Damit der axiale Weg der Hülse 20 jedoch begrenzt ist, sollten an den beiden Enden des Trägerkerns 10 Endkappen angebracht sein. Mit der Er findung wird insbesondere eine Hülse zur Verfügung gestellt, die während des Betriebs durch Aufwärmung ihren Außenumfang verändern kann. Damit hat sie beim Einsatz als Patrize oder Matrize einen einstellbaren Schlupf gegenüber der Gegenwalze, so daß die Friktion einer im Prägespalt geführten Bahn eingestellt werden kann. Bevorzugt wird die Hülse mit Trägerker nen als Prägewalze von bahnförmigen Materialien wie beispielsweise Polyvinylchlorid oder Polyethylenterephthalat eingesetzt.

Der Trägerkern ist im wesentlichen dimensionsstabil, da der primäre Kühlkreislauf mit größe rem Querschnitt der Kühlkanäle als bisher möglich ausgelegt werden kann und auch ein höhe rer Druck des Kühlmediums möglich ist. Dies bedeutet, daß für den Trägerkern auch Mate rialien verwendet werden können, die den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten haben wie die Hülse.

Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbar ten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.

BEZUGSZEICHENLISTE

10

Trägerkern

12

mechanisches Spannelement

14

Spalt zwischen Trägerkern und Hülse

20

Hülse

30

primärer Kühlmittelkreislauf

32

Zulauf

34

Ablauf

36

Dichtelement

38

Dichtelement

40

Gegenwalze

Claims

1. Verfahren zum Herstellen technischer Walzen, welche einen mit einem Fluidmedium kreislauf ausgestatteten Trägerkern (10) und eine darauf angeordnete zylindrische Hülse (20) aufweisen, wobei Fluidleitungen (32, 34) in die Oberfläche des Trägerkerns (10) münden, mit den Schritten

a) Bereitstellen einer zylindrischen Hülse (20) mit einem Innendurchmesser, der gerin ger ist als der Außendurchmesser des Trägerkerns (10), wobei der anfängliche In nendurchmesser der zylindrischen Hülse (20) so gewählt ist, daß sich bei Betrieb stemperatur der zylindrischen Hülse (20) zwischen Trägerkern (10) und Hülse (20) ein Spalt (14) einstellt;
b) Erwärmen der zylindrischen Hülse (20), bis diese einen Innendurchmesser aufweist, der mindestens so groß ist wie der Außendurchmesser des Trägerkerns (10);
c) Aufziehen oder Aufschieben der erwärmten zylindrischen Hülse (20) auf den Trä gerkern (10);
d) Abkühlen der zylindrischen Hülse (20) auf dem Trägerkern (10);
e) Anbringen von Dichtelementen an jedem Endumfangsbereich des Trägerkerns (10) für den dichtenden Abschluß zur Hülse sowohl im kalten Zustand als auch bei Be triebstemperatur der Hülse.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Schritt (d) eine Oberflächenbearbeitung der zylindrischen Hülse (20) erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Trägerkern (10) mit an beiden Enden eingebrachten Umfangsnuten verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Trägerkern (10) mit Vertie fungen an seiner Oberfläche zur Verringerung des Strömungswiderstandes eines Kühl- oder Heizmittels oder eines anderen fluiden Mediums verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit Durchlässen zur Ober fläche versehene zylindrische Hülse (20) verwendet wird.