DE102006003386A1

DE102006003386A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Walzen in der Papierindustrie

Info

Publication number: DE102006003386A1
Application number: DE200610003386
Authority: DE
Inventors: Walter Reichel
Original assignee: Reichel Walter Dipl-Ing
Current assignee: Reichel Walter Dipl-Ing
Priority date: 2006-01-24
Filing date: 2006-01-24
Publication date: 2007-07-26
Also published as: EP1979537A2; WO2007085614A2; WO2007085614A3

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ionenimplantation in Oberflächen von Walzen für die Papierherstellung mit wenigstens einer Ionenquelle, einem Beschleuniger, einer Vakuumkammer und einer Ablenkungsvorrichtung, wobei in der Vakuumkammer wenigstens ein Teil der zu behandelnden Walzenoberfläche aufgenommen ist. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass Fremdionen in der Walzenoberfläche derart eingelagert werden, so dass ein wesentliches Anhaften von Materialien, welche mit der Walze bearbeitet werden, weitgehend verhindert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Fremdionenimplantation in Oberflächen von Walzen in der Papierindustrie. Ferner betrifft die Erfindung auch die Verwendung einer entsprechenden Vorrichtung oder eines Verfahrens zur Fremdionenimplantation in Oberflächen hergestellten Walzen und deren Verwendung zur Herstellung von Papier.

Vorrichtungen und Verfahren zur Fremdionenimplantation in Oberflächen von Bauteilen in der Papierindustrie sind im Stand der Technik bekannt. So beschreibt beispielsweise die Deutsche Gebrauchsmusterschrift mit der Nummer DE 200 21 552 einen Siebkorb, insbesondere für eine Papier- und Kartonmaschine, bei welchem zur Erhöhung der Standzeit in die Oberfläche des Korbes Fremdionen eingelagert werden. Als Fremdionen werden hierbei ausschließlich die Härte des behandelten Materials erhöhende Stoffe wie beispielsweise Stickstoff-, Kohlenstoff, Molybdän, Bor, Wolfram oder Titan vorgeschlagen.

Durch die zunehmenden Papiererzeugungsgeschwindigkeiten, die Wasserkreislaufschließungen, die höheren verwendeten Temperaturen in der Trockenpartie, die höheren angewendeten Drücke in der Pressenpartie und die verwendeten abrasiven Füllstoffe im Papier bei dessen Herstellung, steigen die Anforderungen an die für die Herstellung notwendigen Walzen und deren Oberflächen beständig. Insbesondere zeigt sich eine erhöhte Belastung der Walzenoberfläche in Bezug auf die Korrosion, den stärkeren Abrieb und die Verschmutzung durch Betriebs- und Verarbeitungsmaterialien.

Gerade in den letzten Jahren ist das Problem der durch die sog. organischen Störstoffe verursachten Produktionsstörungen zunehmend aktuell geworden. Die Ablagerungen umfassen biologische und nichtbiologische Materialien organischer und anorganischer Herkunft. Es ist während der Herstellung von holzhaltigen und altpapierhaltigen Papieren durch die neutrale Fahrweise und die eng geschlossenen Wasserkreisläufe mit mehr Ablagerungen auf den Walzen zu rechnen, als bei der Herstellung holzfreier Papiere, insbesondere beim Einsatz von trockenem Zellstoff.

Durch zunehmende Einengung der Wasserkreisläufe in den Papierfabriken reichern sich ferner gelöste und kolloidale Stoffe an. Diese können zwar mit kationischen Hilfsmitteln während des Herstellungsprozesses in Wechselwirkung treten, jedoch kann es auch zur starken Bildung von Agglomeraten bzw. Koazervaten kommen.

Die am häufigsten auftretenden Ursachen für Produktionsstörungen, die bei Problemen im chemisch-physikalischen Prozess der Papiererzeugung zu suchen sind, werden im Folgenden betrachtet:
Der Altpapierverbrauch in Europa hat sich in den vergangenen 10 Jahren auf ca. 11 Mio. Jahrestonnen fast verdoppelt und ist immer noch im Steigen. Ablagerungen entstehen vor allen Dingen durch Selbstklebebänder, Kleberücken von Büchern, Broschüren und paraffinierten Papieren und weisen einen deutlich klebrigen Charakter auf.

Bei Erhöhung der Papiermaschinengeschwindigkeit und gleichzeitiger Erhöhung des Füllstoffgehaltes auf z.B. beim Zeitungsdruckpapier zwischen 10% und 20% Aschegehalt, ist die flächenbezogene Masse von 52 g/m² im Jahre 1975 auf heute 42,5 g/m² gesenkt worden. Dies trägt zur Erhöhung der Abrissgefahr und zu erschwerter Loslösung des Papierblattes von der Zentral- und Überführ- bzw. Leitwalze bei. Durch den erhöhten Füllstoffgehalt stellt sich ebenfalls eine hohe Wasserkreislaufbelastung ein, die wiederum zur verstärkten Ablagerungsbildung beiträgt. Außerdem wird die Festigkeit des Papiers verringert.

Durch die Einengung der Wasserkreisläufe kommt es zu einem Anstieg der Temperatur im Stoffsystem und somit zu einer verstärkten Extraktion von gelösten und kolloidal gelösten Stoffen, die wiederum weitere störende Stoffe bilden und zu Produktionsstörungen auf der Papiermaschine führen können. Durch die Anreicherung von Störstoffen ist es notwendig weitere Hilfsmittel hinzuzufügen. Durch die Zugabe weiterer Hilfsmittel können zusätzliche Ablagerungen hervorgerufen werden.

Mit der Neutral- bzw. alkalischen Fahrweise steht dem Papiermacher ein preisgünstiges Pigment – das Kalziumcarbonat – in der Masse, sowie zum Streichen zur Verfügung. Außerdem zeigt der Einsatz dieses Materials eine Qualitätsverbesserung des Papiers hinsichtlich Alterungsbeständigkeit, höherer Weiße und höherer Opazität.

Kalziumkarbonat ist jedoch nur in neutraler bzw. pseudoneutraler Fahrweise anzuwenden und Beimengung von überhöhtem Aluminiumsulfat führt zur Gipsbildung, gelöstem Kalziumkarbonat bzw. Kohlendioxydbildung im Stoffsystem und damit zu Flotationseffekten, die wiederum zu Produktionsstörungen beitragen. Bei zunehmendem Einsatz von Kalziumkarbonat, sei es in der Masse oder durch den wiederverarbeitenden Strich bzw. zurückgeführter Streichfarbe, ist die neutrale Fahrweise bei erhöhtem pH-Wert erforderlich. Im pH-Wert Bereich von 6,5 und 7,2 ist jedoch die Ablagerungsneigung von klebrigen Stoffen besonders stark. Außerdem erhöht sich die Karbonathärte, die wiederum die Ablagerungsneigung von Harzen aus TMP und Zellstoff fördert. Es ist bei dieser Fahrweise deshalb ganz besonders darauf zu achten, dass die negativ geladenen Harzpartikelchen und anionischen Störstoffe im erhöhten pH-Wert Bereich gut an die Faser gebunden werden, ansonsten muss mit gesteigerten Problemen insbesondere an den Walzenoberflächen gerechnet werden.

Aus Untersuchungen ist bekannt, dass die Verschmutzungen an Zentralwalzen und den dazugehörenden Nassfilzen vorwiegend durch Bestandteile wie Harze, Wachse und Bindemittelbestandteile aus dem Altpapier, bzw. aus dem Streichereiausschuss und zurückgeführte Streichfarbenreste ausgelöst werden. Je höher die Affinität der Walzenbezugsmaterialien zu diesen „störenden Stoffen" ist, desto eher kommt es zu mehr oder weniger starkem Belegen der Walzenoberflächen.

Die Papiermaschinengeschwindigkeit hat sich z. B. bei Zeitungsdruckpapier seit 1950 mehr als verdreifacht. Bei den hohen Papiermaschinengeschwindigkeiten treten in den Stoffsystemen verstärkt Turbulenzen auf, die nach Freisetzen von gelösten Gasen die ungewollte Flotation der „störenden" Stoffe und Harzteilchen hervorrufen. Ihre kinetische Energie bringen sie mit den Oberflächen verschiedener Maschinenteile in Kontakt und können dort Agglomerate bilden. Nach Erreichen einer bestimmten Größe dieser Ablagerungen werden diese mit der Papierbahn ausgetragen und können wiederum zu Störungen an den Walzen, Filzen und Sieben führen.

Mit den eingesetzten Kunststoffwalzenbezügen, die aus der Matrix Harz/Füllstoffe hergestellt sind, war die Geschwindigkeit von schnell laufenden Zeitungsdruckpapiermaschinen mit 100% Altpapiereinsatz bei 1500 m/min begrenzt, da die Releaseeigenschaften zu schwach und somit der Papierbahnzug zu groß ausfielen. Die weitere Entwicklung führte zu Keramikbezügen, die eine sehr gute Papierblattabgabe aufweisen und eine Steigerung der Papiermaschinengeschwindigkeit um bis zu 20% zuließen. Doch stieß man hier wieder auf Grenzen, die sich wie folgt zeigten:

a) Keine konstante Haftung des Keramikmaterials (500 μ) auf dem Walzenkern durch Unterrostungen oder zu ungenügende Kernbindung.
b) Nachlassende Papierblattabgabe durch Abrieb und Verlegung des Bezugsmaterials (hiermit zu hoher Zug = Papierbahnabrisse bei max. Geschwindigkeit).

Störende Stoffe bzw. Ablagerungen im allgemein an Walzen umfassen biologische und nichtbiologische Ablagerungen organischer und anorganischer Herkunft. Tabelle 1 zeigt die Klassifizierung, die gleichzusetzen ist mit „störenden Stoffen":

Tabelle 1

Die im Zellstoff und Holzstoff mit 1–5% vorhandenen Harzteilchen können sich, wie schon erörtert auf Grund ihres Charakters zu größeren klebrigen Agglomeraten zusammenballen und sich im System ablagern. Hier spricht man von schädlichem Harz oder „Pitch".

Klebende Verunreinigung sind im Allgemeinen unter der Bezeichnung Stickies bekannt und umfassen klebrige Partikel, wie sie direkt im Altpapier vorhanden sind. Die Herkunft dieser ist schon zuvor beschrieben worden. Da immer mehr Altpapier in den verschiedensten Sorten eingesetzt wird und der Altpapierverbrauch steigend ist, wird die Papierindustrie in Zukunft mit noch mehr klebenden Verunreinigungen zu kämpfen haben.

Kunststoffbinder oder „Wight Pitch" sind störende Ablagerungen bei der Streichpapierherstellung, die aus dem Kunststoffbinder als Agglomerat be stehen. Der Kunststoffbinder stammt hierbei aus dem Streichereiausschuss bzw. aus der Streichfarbenrückführung. Den störenden Stoff „Wight Pitch" findet man vorwiegend an den Zentral-, Überführ- und Leitwalzen, der vom Schabersystem abgefangen wird. Er ist sehr stark klebend und sieht meist nicht „weiß" aus, sondern hat eine braune bis graue Färbung.

Als Koazervate bezeichnet man die Reaktionsprodukte aus kationischen und anionischen Polyelektrolytmolekülen.

Durch zu konzentrierte Dosierung und ungewollte Wechselwirkungen der kationischen und anionischen Hilfsmittel, sowie durch partielle Überflockung entstehen Agglomerate insbesondere dieser Hilfsmittel. Die partiellen Überflockungen bilden sich durch schockartige Zugabe von Hilfsmitteln und führen zu Agglomeratbildungen und Faserverspinnungen. Zusammenfassend ist die Klassifizierung von „störenden Stoffen" in der Tabelle 1 dargestellt.

Aus diesem Grunde verwendet man heutzutage u. a. nur mechanische Hilfsmittel, indem man die auf den Walzen abgelagerten Störstoffe mittels Schaber zu entfernen versucht. Ebenfalls sammeln sich die Störstoffe auf den Trockensieben der Trockenpartie. Dort werden Reinigungseinheiten mittels Wasserhochdruck verwendet, um die Siebe sauber zu halten. Einerseits können an Walzen in der Trockenpartie keine Schabereinheiten angebracht werden, andererseits lassen sich in der warmen bzw. heißen Umgebung (ca. 100°C) die plastischen Ablagerungen nicht mechanisch beseitigen. Somit sammeln sich diese in großen Mengen an den außen liegenden Siebleitwalzen an und werden immer wieder durch die hohe Zentrifugalkraft abgeschleudert, wodurch Produktions-Störungen entstehen. Hier wäre eine korrosionsfreie und abstoßende Walze notwendig.

Die Wasserhochdruck-Reinigungsgeräte bringen jedoch so viel Feuchtigkeit auf die Walzenoberflächen, so dass diese durch die bestehende Hitze in der Trockenpartie sehr rasch korrodieren. Man ist sich der schwierigen Lage sehr bewusst und arbeitet unter starkem Produktionsdruck, wobei man den eigentlichen Ursachen nicht auf den Grund gehen kann, um die auftretenden Fehler erst gar nicht entstehen zu lassen.

Der gegenwärtige Papierherstellungsprozess in Deutschland ist geprägt durch einen hohen Altpapiereinsatz, einen wachsenden Einsatz von Calciumkarbonat als Papierfüllstoff und Streichpigment, eine weitgehende Umstellung auf eine Prozessfahrweise im Neutral- bzw. schwach alkalischen pH-Bereich mit an diesen pH-Bereich angepasste vorwiegend polymere chemische Hilfsmittelsysteme, eingeengte Wasserkreisläufe mit höheren Prozesstemperaturen und die Tendenz zu hohen Konzentrationen an ungeladenen und anionischen Störstoffen.

Diese papier- und verfahrenstechnischen Faktoren stellen hohe Anforderungen an die Oberflächenmaterialien von Presswalzen in Papiermaschinen und können zu verstärkten Ablagerungen von hydrophoben und klebenden Verunreinigungen auf den Presswalzenoberflächen, den papierberührten Leitwalzen und den Trockensiebleitwalzen führen, wodurch Produktionsstörungen, Papierbahnabrisse bzw. Stillstandszeiten der Papiermaschinen mit hohen Kostenniveau verursacht werden.

Die traditionelle Presswalze aus Granit mit ihrer heterogenen Materialstruktur zeigt auch bei variablen Produktionsbedingungen im Allgemeinen gute und stabile Papierbahnabgabe bei einer sehr geringen Verschmutzungsneigung. Auf Grund der hohen technologischen Weiterentwicklung im Papierherstellungsprozess und der Erhöhung der Papiermaschinengeschwindigkeit in höheren Temperaturbereichen ist die Granitwalze durch die mechanische und thermische Belastbarkeit aus Sicherheitsgründen nicht mehr einsetzbar, in Skandinavien sogar verboten.

Aus diesen genannten Belastungen ergibt sich unter anderem das Erfordernis, Walzenoberflächen bereit zu stellen, welche neben einer hohen Korrosionsbeständigkeit, ein besseres Abrasionsverhalten, d.h. weniger Verschleiß aufweisen und deren Oberflächeneigenschaften ein in Bezug auf das zu bearbeitende Material unterschiedliches Adhäsionsverhalten aufweisen. Ferner sollte möglichst die vorgegebenen Rauhigkeit der Walzenoberfläche bestehen bleiben und die Eigenschaften bei der Papierblattabgabe im Herstellungsprozess verbessert werden. Es wird jedoch auch deutlich zwischen den einzelnen Eigenschaftskriterien unterschieden, wobei je nach Einsatzschwerpunkt im Herstellungsprozess unterschiedliche Kombinationen der Erfordernisse zu beachten sind.

Es besteht ferner auch das Bestreben, wenigstens annähernd solche Verhältnisse, wie sie die Granitwalzenoberfläche während des Papierprozesses darstellt, bereitzustellen, d. h. die Weiterentwicklung von papierberührten Walzenoberflächen, die den gleichen Effekt der stabilen Papierbahnabgabe und geringen Verschmutzungsneigung nach sich ziehen.

Es sollte gesichert sein, dass eine Korrelation der Oberflächentopografie und der Benetzbarkeitseigenschaften von Walzenbezügen gewährleistet wird, um dem Papiermaschinenbetreiber eine störungsfreie Papierbahnblattabgabe zu gewährleisten.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Des weiteren wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung einer oberflächenbehandelten Walze gemäß Anspruch 11, durch eine Walze gemäß Anspruch 14 und die Verwendung einer solchen Walze gemäß Anspruch 19 für die Herstellung von Papier gelöst.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Vorrichtung, des Verfahrens, der Walze und deren Verwendung sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ionenimplantation in Oberflächen von Walzen für die Papierherstellung umfasst wenigstens eine Ionenquelle, einen Beschleuniger, eine Vakuumkammer und eine Ablenkungsvorrichtung. Die Vakuumkammer ist derart gestaltet, dass wenigstens ein Teil der zu behandelnden Walzenoberfläche aufgenommen wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass Fremdionen in der Walzenoberfläche derart eingelagert werden, dass ein dauerhaftes Anhaften von Material, welches mit der Walze bearbeitet wird, weitgehend verhindert wird.

Als Fremdionen werden hierbei insbesondere Ionen verstanden, die aus einer Gruppe ausgewählt werden, welche beispielsweise Stickstoff, Kohlen stoff, Molybdän, Bor, Wolfram, Titan, Argon, Nickel, Chrom, Kupfer, Zirkon, Vanadium, Yttrium, Aluminium, nitritbildende Elemente, Kombinationen hieraus und dergleichen aufweist.

Es liegt selbstverständlich auch im Sinn der vorliegenden Erfindung, dass weitere Ionen, die vorstehend nicht aufgeführt sind, Bestandteil der Fremdionen sein können, um mittels der zuvor beschriebenen Vorrichtung in einer Walzenoberfläche einer Walze für die Papierherstellung eingelagert zu werden.

Als Walzenoberfläche wird gemäß der vorliegenden Erfindung nicht nur die absolut äußerste Walzengrenzschicht betrachtet. Vielmehr wird auch als Oberfläche eine vorgesehene Schichtdicke des äußeren Walzenbereichs verstanden, welche zwischen 0 μm und 1000 μm, vorzugsweise zwischen 0 μm und 500 μm liegt und insbesondere kleiner als 10 μm ist.

Die Walzenoberfläche ist gemäß eines besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels aus einem Material hergestellt, das wenigstens einen Bestandteil aufweist, der aus einer Gruppe von Materialien ausgewählt ist, die insbesondere Materialien wie Eisen, Nickel, Chrom, Kupfer, Kombinationen hieraus, insbesondere Legierungen, wie rostfreie Stähle und dergleichen, aufweist.

Auch kann die Walzenoberfläche Kunststoffe, wie beispielsweise Polyurethan, Polycarbonate, Polyethylen, insbesondere mit hoher Dichte, Polymethylmethacrylat, Polystyrol, faserverstärkte Kunststoffe, Kombinationen hieraus und dergleichen, aufweisen.

Auch die Kombination verschiedener Werkstoffe, wie beispielsweise Metall und Kunststoffe, als auch Keramiken, Keramikverbundstoffe und Verbundwerkstoffe allgemeiner Art aus den verschiedenen Materialien, können die Grundlage für eine Walzenoberfläche bilden.

Die Fremdionen werden gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Vorrichtung zur Ionenimplantation der Oberfläche von Walzen für die Papierherstel lung mit einer Eindringtiefe eingelagert, welche zwischen 0 μm und 1000 μm, vorzugsweise zwischen 0 μm und 500 μm liegt und insbesondere kleiner als 10 μm ist.

Die Ionen, insbesondere die Fremdionen, werden gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform mittels eines Verfahrens gewonnen, bei welchem z.B. durch Gasentladung ein Plasma des entsprechenden Ions erzeugt wird oder mittels Lichtbogen, Wirbelstromerhitzung oder Kathodenzerstäubung bereitgestellt wird.

Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform stellt die vorliegende Vorrichtung zur Ionenimplantation eine Vorspannung zwischen der Ionenquelle und der Walzenoberfläche bereit, die zwischen 1000 V und 1500 V, vorzugsweise zwischen 1100 V und 1200 V, liegt. Bei der Ionenimplantation weisen die Ionen vorzugsweise eine Energie auf, die gemäß einer besonderes bevorzugten Ausführungsform zwischen 10 eV und 1000 keV, insbesondere bei etwa 200 keV, liegt. Die behandelten Oberflächen von Walzen für die Papierherstellung weisen gemäß der vorliegenden Erfindung insbesondere eine Dosis an Ionen auf, welche zwischen 10¹⁰ cm^–2 und 10²⁰ cm^–2 liegt. Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform liegt die Dosis zwischen 10¹³ cm^–2 und 10¹⁶ cm^–2.

Durch eine entsprechende Oberflächenbehandlung der Walzen für die Papierherstellung wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Eigenschaft der Walzenoberfläche verändert, die aus einer Gruppe von Eigenschaften ausgewählt wird, welche den elektrischen Widerstand, die Härte, die Reibung, den Verschleiß, die Oberflächenenergie, die Oberflächenenergiedichte, das Benetzungsverhalten, die oberflächenspannung, die Polarität, die Adhäsion, Kombinationen hiervon und dergleichen aufweist.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird durch die Ionenimplantation in der Oberfläche von Walzen für die Papierherstellung eine Walzenoberfläche bereitgestellt, die im Wesentlichen selbstreinigend ist. Als selbstreinigend wird hierbei eine Oberflächeneigenschaft verstanden, die wenigstens teilweise ein Anhaften von Fremdmaterialien auf der Oberfläche reduziert bzw. verhindert.

Dieses Anhaften wird gemäß dem Verständnis der vorliegenden Erfindung u.a. durch Adhäsionskräfte (Anhangskräfte) hervorgerufen, die zwischen den Molekülen zweier Körper wirken und zu einer gegenseitigen Anziehung führen. Adhäsionskräfte wirken dem Verständnis nach zwischen festen, festen und flüssigen sowie zwischen festen und gasförmigen Körpern.

Als selbstreinigend wird ferner eine Oberflächeneigenschaft für Walzen für die Papierherstellung verstanden, die insbesondere auf eine mechanische Reinigung während des Herstellungsverfahrens weitgehend verzichten kann.

Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass es trotz einer entsprechenden behandelten Oberfläche nicht vollständig ausgeschlossen werden kann, dass zumindest zeitlich beschränkt ein Anhaften von Fremdmaterial in eventuell beschränktem Maß stattfindet, so dass es nicht ausgeschlossen wird, dass eine entsprechend oberflächenbehandelte Walze dennoch mechanische Reinigungsvorrichtungen, insbesondere zur Sicherstellung des kontinuierlichen Herstellungsprozesses, aufweist.

Die Erfindung beansprucht auch ein Verfahren zur Herstellung einer oberflächenbehandelten Walze mit folgenden Schritten: Erzeugung eines gerichteten Ionenstrahles und Implantieren einer vorgegebenen Menge wenigstens einer Ionenart in einer vorgegebenen Oberfläche einer Walze für die Herstellung von Papier.

Es liegt im Sinne der vorliegenden Erfindung, dass entsprechend den Ausführungen zur Vorrichtung sowohl unterschiedliche Ionenarten, als auch unterschiedliche Mengen an Ionen pro Oberflächeneinheit verwendet werden. Durch diese Behandlung erhält man erfindungsgemäß eine Oberfläche, deren Eigenschaften insbesondere dauerhaftes Anhaften von Materialien, welche mit der Walze bearbeitet werden, weitgehend verhindert. Solch eine Walzenoberfläche kann als selbstreinigend bezeichnet werden und dient ins besondere dazu, den Wartungs- und Serviceaufwand für den Betrieb einer solchen Walze zu verbessern.

Die vorliegende Erfindung umfasst auch die mit der Vorrichtung und/oder dem Verfahren hergestellte Walze für die Papierherstellung, in deren Oberfläche wenigstens abschnittsweise Fremdionen eingelagert sind. Die Einlagerung erfolgt erfindungsgemäß in der Art, dass ein dauerhaftes Anhaften von Materialien, welche mit der Walze bearbeitet werden, weitgehend verhindert wird.

Insbesondere werden gemäß der vorliegenden Erfindung die spezifischen Oberflächeneigenschaften der Walze, insbesondere die Adhäsion/Adhäsionskraft bezüglich der zu bearbeitenden Materialien in der Weise verändert, dass die Abstoßungskräfte die Anziehungskräfte in einem vorgegebenen Maß übersteigen.

Es liegt ferner im Sinn eines besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, dass die Art und Menge der in der Oberfläche der Walze implantierten Ionen in axialer Erstreckungsrichtung der Walze unterschiedlich ist. Hierdurch können insbesondere die Randbereiche einer entsprechend behandelten Walzenoberfläche verändert werden. So können beispielsweise die mit dem Kantenbereich des zu bearbeitenden Materials wenigstens zeitweise in Kontakt stehenden Abschnitte so in ihren Oberflächeneigenschaften zu verändern, dass ein Anhaften wenigstens zeitweise verhindert bzw. mindestens reduziert wird. Dies kann dadurch erfolgen, dass die Art und Menge der implantierten Fremdionen in diesem Bereich unterschiedlich zu den restlichen Bereichen ausgeführt ist, wobei insbesondere für die Papierherstellung sowohl der triebseitige, als auch der führerseitige Randbereich der Walze entsprechend behandelt sein sollte.

Erfindungsgemäß werden die mit dem Verfahren bzw. mit der Vorrichtung hergestellten Walzen für den Einsatz bei der Papierherstellung, insbesondere als Leitwalzen in der Sieb-, Pressen- und/oder Trockenpartie einer Papiermaschine, eingesetzt. Auch die Verwendung als Presswalzen, als Zentralpresswalzen, liegt im Sinne der vorliegenden Erfindung. Ferner kann eine solche Walze auch als Prägewalze oder als Kalanderwalze, insbesondere aber auch als beschichtete Prägewalze oder als Riffelwalze, verwendet werden.

Untersuchungen zeigen, dass hydrophile Walzenoberflächen eine höhere Ablagerungsneigung bezüglich unterschiedlicher Wasserglassorten haben. Andererseits werden hydrophobe Verunreinigungen im geringeren Maße auf hydrophilen Oberflächen abgelagert. Bei den Keramikoberflächen gibt es Oberflächenstrukturen, die Wasserglasablagerungen begünstigen.

Da sich Wasserglasablagerungsneigungen verstärken (Wasserglasüberschuss vom Einsatz zur Pufferung des Bleichmittels in der Stoffbleiche), liegt es nahe, die derzeitigen im Einsatz befindlichen Keramikwalzen z. B. mit hydrophoben Partikelchen wie z. B. Teflon zu versehen.

Eine wesentliche Schlussfolgerung der Untersuchungen besteht darin, dass eine detaillierte Charakterisierung, d. h. Bestimmung und Beurteilung, der Oberflächentopografie notwendig ist, um Trendaussagen zur Benetzbarkeit und zur Ablagerungsneigung von Walzenoberflächen abzuleiten.

Daraus abgeleitet sollen Walzenoberflächen mit der Ionenimplantation behandelt werden, da u. a. versiegelte Keramikoberflächen (Teflon) hydrophobe Materialien besser abweisen. Außerdem ist die Porenverteilung und Porenerhaltung sowie Strukturerhaltung der Oberfläche notwendig, um eine auf Dauer gewährleistete Papierblattabgabe an den Walzen zu sichern. Dies wird bei der Ionenimplantation dadurch erreicht, dass durch die Gefügeveränderung der Bezug abriebfester und strukturerhaltender gestaltet werden kann.

Für die Optimierung neuer leistungsfähiger Presswalzen- und Leitwalzenbezüge im Hinblick auf störungsfreies Papier-Abgabeverhalten und minimierte Ablagerungsaffinität sollten alle relevanten physikalisch-chemische und verfahrenstechnische Einflussgrößen bewertet werden. Aus der in der Praxis bestehenden Materialauswahl und dem Bezugs-Oberflächen-Finishing ergeben sich große Variationsmöglichkeiten zur Optimierung. Hierbei sollte die optimale Oberfläche zur besten Papierblattabgabeeigenschaft erzeugt werden.

Die Ionenimplantation leistet hier einen Beitrag, diese optimale Oberfläche während des Papierproduktionsprozesses zu erhalten und somit den Anforderungen der Praxis genüge zu tun. Durch diese Maßnahmen vermeidet man Produktionsstörungen und Stillstandszeiten, wobei der höhere Aufwand der Beschichtungsverstärkung durch die Kostensenkungen (Papiermaschinenstillstände) ausgeglichen wird.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einzelner Beispiele erläutert, wobei es selbstverständlich im Sinn der vorliegenden Erfindung liegt, dass hierdurch der Umfang des beanspruchten Gegenstandes nicht beschränkt wird. Es liegt vielmehr im Sinn der vorliegenden Erfindung, dass Abweichungen und Veränderungen der nachfolgenden Ausführungsbeispiele auch durch den erfindungsgemäßen Gegenstand abgedeckt werden.
Dabei zeigt 1 ein Diagramm, in welche die Härte bzw. die Reibung von Stahl als Funktion der Fremdionen dargestellt ist.
2 zeigt ein Diagramm, in welchem der Abrieb über die Zeit bei unbehandeltem und behandeltem Aluminium dargestellt ist.
3 zeigt den Einfluss von Yttrium-Implantation auf das Oxidationsverhalten von Edelstahl.
Die Ionenimplantation stellt ein spezielles Verfahren zum Einbringen von Fremdatomen in einen Festkörper dar. Hierbei werden Ionen im Vakuum in einen Festkörper geschossen, wobei die Ionen in einer Ionenquelle aus gasförmigen, flüssigen und festen Stoffen gewonnen werden. Durch einen Beschuss mit Ionen ist es möglich, eine Vielzahl von Eigenschaften einer Festkörperoberfläche bzw. einer oberflächennahen Schicht zu verändern.
1 zeigt die Veränderung der Härte (links) und der Reibung (rechts) als Funktion der Dosis von Argon-Ionen in der Oberfläche.
So nimmt die Härte von Stahl durch die Implantation von Stickstoff-, Argon-, Bor- und Kohlenstoffionen zu. In 1 ist als Beispiel die Zunahme der Mikrohärte und des Reibungskoeffizienten (untere Linie mit Δ-Zeichen) nach dem Beschuss von Stahl mit Argonionen aufgetragen. Die Zunahme kann hierbei mehr als der Faktor 2 bzw. 3 betragen.
Des weiteren ist die Änderung der Mikrohärte (obere Linie mit 0-Zeichen) und der Reibung als Funktion der Dosis für eine 40 keV Ar-Imolantation in Stahl dargestellt.
Es ist zu beachten, dass insbesondere Stickstoff die Härte von Stahl durch die Strahlenschäden und durch die Bildung von Nitriden erhöht. Die Vickeryhärte von Stahl lässt sich durch den Beschuss mit 10¹⁷ cm^–2 z.B. von 300 kg mm^–2 auf 400 kg mm^–2 erhöhen.
In 2 ist die Verringerung des Abriebs bei implantiertem Aluminium dargestellt.
Hierbei zeigt sich, dass der Abrieb abhängig von der Härte des Materials und der Reibung ist. Festzustellen ist jedoch, dass die Implantation von metallischen und nichtmetallischen Ionen einen großen Einfluss auf den Reibungskoeffizienten hat. In diesem Fall ist wohl eine Abhängigkeit von der Ionenart durch Einflüsse der implantierten Ionen auf das Oxidationsverhalten gegeben. Zum Teil konnte die Wirkung der Implantation eine bessere Schmierung durch chemische Materialveränderung an der Oberfläche bewirken.
Mit der Ionenimplantation kann auch eine Oberflächenveredelung vorgenommen werden, wenn Ionen verwendet werden, die auch als Legierungszusätze Korrosion verhindern und reduzieren, etwa Nickel oder Chrom in Stahl. Darüber hinaus ist die Implantation aber besonders zur methodischen Untersuchung von Korrosionsmechanismen geeignet, da sie die Möglichkeit bietet, praktisch jede Substanz in bekannter Konzentration und ohne Veränderung der Korngrenzen einzubringen.
Korrosion ist ein extrem komplexer Vorgang, der außer von den elektrochemischen Eigenschaften der Metallkomponenten und des Oxidationsmittels auch von Korngrenzen und Korngrenzendiffusion, mechanischer Spannung, Temperatur und Umgebungsatmosphäre abhängt. Ausführliche Untersuchungen zur Oxidation von Titan und rostfreiem Stahl wurden durchgeführt. Man untersuchte 10 verschiedene Ionenarten auf ihre oxidationshemmende Wirkung. Nach der Implantation wurden die Proben in Sauerstoff trocken für 25–30 Min. oxidiert. Es konnte allgemein festgestellt werden, dass die Oxidationswirkung verringert bzw. verhindert wurde. Ähnliche Untersuchungen wurden für Aluminium durchgeführt. Die Oxidation folgt in diesem Fall der Wagner-Hauffe-Regel, d.h. die Dicke des Oxyds ist proportional der Wurzel aus der Zeit (diffusionsbegrenzte Oxidation).
Bei Chrom stellte sich heraus, dass vorwiegend Strahlenschäden das Oxidationsverhalten implantierter Schichten bestimmen. Bei Nickel haben Strahlenschäden einen großen Einfluss auf das Oxidationsverhalten, daneben wirkt sich vor allem der unterschiedliche Atomradius aus. Weitere Versuche wurden mit Kupfer und Zirkon durchgeführt. Bei Zirkon erhöhen alle implantierten Elemente die Oxidationsrate bis auf die Übergangselemente (Fe, Ni, Cr). Bewährt hat sich z.B. die Implantation von Yttrium in rostfreiem Stahl, um die Oxidation bei hohen Temperaturen zu verhindern. Hierfür ist die Ionenimplantation besonders geeignet, da bei homogenen Legierungen die Härte und Zähigkeit wahrscheinlich wegen der Abscheidung von Yttrium an Korngrenzen gering ist.
Diese Art der Implantation ist insbesondere interessant für Walzenoberflächen in der Trockenpartie einer Papiermaschine.
Auch Untersuchungen mit Yttrium zeigen einen deutlichen Einfluss auf die Oberflächeneigenschaften. Hierzu wurde bei der Dosis von 3,5 × 10¹⁵ cm^–2, bei Energien zwischen 80 und 410 keV, eine Schicht von 0,2 mm Dicke möglichst homogen dotiert. Die Gewichtszunahme durch Oxidation ist bei dem nicht legierten Stahl am größten, für die implantierten Proben am kleinsten. Bei 800°C und 850°C ist die passivierende Wirkung des Yttriums noch ausgeprägter.
3 zeigt den Einfluss von Yttrium-Implantation mit einer Dosis von 3,5 × 10¹⁵ cm^–2 auf das Oxidationsverhalten von Edelstahl in CO₂-Atmosphäre bei 700°C im Vergleich zu legierten Proben.
Auch die Oberflächenenergie lässt sich durch die Implantation verändern. In der Industrie werden metallische Oberflächen mit Vakuum-Plasma-Technologie behandelt. Durch Veränderung der molekularen Struktur ist man in der Lage, die Oberflächeneigenschaften zu beeinflussen. Durch die Behandlung im turbulenten Plasma ist keine Einschränkung bei der Geometrie der Werkstücke gegeben.
Man hat festgestellt, dass sich auf verchromten Oberflächen der Verschleiß, Antihafteigenschaften, Korrosion und Reibung positiv verändern. Dies stimmt mit den vorgenannten Eigenschaften überein. Die Oberflächenenergie einer Chromschicht liegt bei ca. 24 mN/m, aufgeteilt in 7 mN/m dispersiv und 17 mN/m polar. Die Behandlung mit einer Ionenimplantation lässt den polaren Wert auf fast 0 mN/m sinken. Dies ergibt somit eine hydrophobe Oberfläche, welche die „störenden Stoffe" während der Papierproduktion abstößt. Hierdurch kann man den derzeitigen Verunreinigungsprozess an den Walzen in einer Papiermaschine in Grenzen halten. Da die Temperaturführung während des turbulenten Plasmas zwischen 50°C–480°C gesteuert werden kann, ist ferner sogar die Bearbeitung thermoplastischer Werkstoffe möglich.
Im Bereich der Oberflächenmodifikation von Polymeren und Keramiken bietet die Ionenimplantation gegenüber anderen Oberflächenvergütungsverfahren Vorteile wie niedrige Prozesstemperaturen und die Kombinationsmöglichkeit beliebiger Ionen und Substrate.
Nachteilig ist unter Umständen, dass diese Technik gegenüber anderen Oberflächenvergütungsverfahren eine geringe modifizierte Schichtdicke aufweist. Bei einer Implantation in Kunststoffe mit Energie bis zu 200 keV und einer atomaren Masse der Ionen größer als 10 ergibt sich eine projizierte Reichweite kleiner als 1 μm.
Es wurde die Änderung der Eigenschaften von 10¹³ bis 10¹⁶ ionenimplantierten Kunststoffoberflächen im Hinblick auf eine technische Anwendung in der Halbleiterfertigungstechnik untersucht. Probleme ergeben sich z.B. durch statische Aufladung, Partikelerzeugung durch mechanischen Abrieb und Ausgasungen aus Kunststoffen. Zur Erzeugung einer funktionellen Oberflächenschicht wurden vor allem Bor-, Stickstoff-, Argon-, Chrom- und Arsenionen mit einer Energie bis zu 200 keV und Dosen von 10¹³ cm^–2 bis 10¹⁶ cm^–2 implantiert. Die untersuchten Kunststoffe waren Polycarbonat (PC), Polyethylen hoher Dichte (PE-HD), Polymethylmethacrylat (PMMA) und Polystyrol (PS). Einen Schwerpunkt bildet Polycarbonat aufgrund der breiteren Anwendung für Siliciumscheiben- und Maskenboxen. Im Vordergrund der Untersuchungen standen die Änderung des elektrischen Widerstandes und der mechanischen Eigenschaften, wie Härte, Reibung und Verschleiß. Außerdem wurden die Benetzung der modifizierten Oberfläche und die Änderung des Ausgasverhaltens durch die Implantation untersucht.
Die Implantation führte bei allen untersuchten Kunststoffen zur Bildung einer harten Oberflächenschicht bei einem bis zu fünffachen Anstieg der Mikrohärte. Die Bildung der harten Schicht ist auf eine Änderung der Stöchiometrie durch Ausgasen von Molekülen und Fragmenten und auf die gleichzeitige Verdichtung des Materials durch Vernetzen während der Implantation zurückzuführen. Es erfolgt ungefähr eine Verdopplung des Kohlenstoff- und eine Halbierung des Wasserstoffgehalts. Dabei entsteht eine amorphe Kohlenwasserstoffschicht. Der spezifische Widerstand von PC reduziert sich um bis zu 12 Größenordnungen. Die erhöhte Leitfähigkeit ist auf eine Modifikation der Struktur und Zusammensetzung zurückzuführen, verursacht durch die eingebrachte Energie beim Ionenbeschuß. Die Reduzierung des elektrischen Widerstandes erfolgt nicht proportional zum Gesamtenergietransfer, sondern steigt mit zunehmender elektronischer Energieabgabe. Der Verschleiß von PE-HD reduziert sich für eine Dosis ab 1 × 10¹⁴ cm^–2 bei 200 keV auf nahezu null. Damit verbunden ist auch eine Verminderung des Reibungskoeffizienten. Die Ursache ist eine Verringerung des adhäsiven Verhaltens, verbunden mit einer Reduzierung der Kontaktfläche zwischen Material und Gegenkörper. Die tribologischen Untersuchungen zeigen, dass eine sehr gute Verschleißreduzierung mittels Ionenimplantation erzielt werden kann, aber auch Probleme durch die Kombination einer harten Schicht mit einem weichen Substrat entstehen können.
Die Oberflächenbenetzung von Kunststoffen lässt sich durch Implantation ebenfalls verbessern. Es wurde eine Reduzierung des Kontaktwinkels von 84° auf 62° für PC gemessen, verbunden mit einem Anstieg des polaren Anteils der Oberflächenenergie. Durch die Untersuchung des Ausgasverhaltens von PE-HD konnte nachgewiesen werden, dass sich die Ausgasungen im atomaren Massenbereich von 1 bis ca. 600 verringern lassen, wobei durch die verdichtete Schicht an der Oberfläche eine Reduzierung der Ausdiffusion von kurz- sowie langkettigen Molekülen möglich ist. Im Hinblick auf zukünftige Anwendungen bieten ionen-implantierte Kunststoffe den Vorteil, dass durch den Ionenbeschuß gleichzeitig verschiedene Oberflächeneigenschaften, wie z.B. mechanische und elektrische Eigenschaften, modifiziert werden können.
Anwendungsbeispiele aus der Papierindustrie
Durch den hohen Schmutzanfall, gerade im altpapierverarbeitenden Bereich, entstehen im Nassteil Ablagerungen an Walzenoberflächen und Zerstörungen durch aggressiven Abrieb. Die immer intensivere Kreislaufschließung lässt die Siebwasser versalzen, dies unterstützt die Korrosion an den Walzen. Durch eine hydrophobe Walzenoberfläche wird der Schmutz abgewiesen. Über eine höhere Korrosionsbeständigkeit wird die Rostneigung verringert und eine härtere Walzenoberfläche stellt sich dem Abrieb entgegen.
Die Kraft des Papierabzuges von der Walzenoberfläche an der Zentralpresswalze, wo das Papier in die 4. Presse oder Trockenpartie im freien Zug übergeben wird, steigt mit zunehmender Geschwindigkeit im Quadrat. Diese Abzugskräfte können durch Beeinflussung der Walzenoberflächenenergie geändert werden, wodurch sich die Abzugskräfte mindern und somit eine Restdehnung im Papierblatt zur späteren Weiterverarbeitung erhalten bleibt.
Während der Papierherstellung werden innerhalb des Trocknungsprozesses die Trockensiebe und darüber die Leitwalzen durch Latexbinder, Buchrückenkleber, Hotmelts und andere klebende Materialien verschmutzt. Die ionenimplantierte Walzenoberfläche würde durch stark abweisendes Verhalten die oben genannten Materialien entweder gar nicht annehmen oder man kann diese durch einen Schaber einfacher beseitigen. Die Korrosionsbeständigkeit ist immer wieder ein Thema bei Trockensiebleitwalzen. Durch die Ionenimplantation – Veränderung der molekularen Struktur – werden die Oberflächeneigenschaften eines Materials beeinflusst. Es handelt sich hierbei nicht um eine Beschichtung, sondern um eine Vakuum-Plasmatechnologie mit dem Vorteil der zusätzlichen Ionenimplantation.
Die erfolgreichste Methode liegt bei der Dotierung von Stickstoffatomen, welche die Oberfläche hinsichtlich Verschleiß, Antihafteigenschaften und Korrosion positiv verändert. Die Verschleißfestigkeit erhöht sich durch die Erhärtung der Walzenoberfläche. Korrosion wird durch Oxidationsverhalten der Materialoberfläche bestimmt. Die Ionenimplantation verändert dieses Oxidationsverhalten beträchtlich und die Korrosionsbeständigkeit wird allein durch die implantierte Schichtdicke bestimmt.
Besonders bedeutend ist es, dass die Oberflächenenergie eines Materials durch die Implantation beeinflusst wird. Es wurde festgestellt, dass sich die Oberflächenenergie einer Chromschicht von ca. 24 mN/m, aufgeteilt in 7 mN/m dispersiv und 17 mN/m polar, nach der Ionenimplantation im polaren Wert auf fast 0 mN/m geändert hat. Dies bedeutet eine hydrophobe Oberfläche, die wiederum die Papierblattabgabe fördern würde und den Verunreinigungsprozess an Walzen in einer Papiermaschine in Grenzen halten könnte.
Nicht nur die drei dargestellten Anwendungsgebiete in einer Papiermaschine wären sinnvoll, sondern es kämen Präge-, harte Kalanderwalzen und Tro ckenzylinder in der Papier- und Riffelwalzen in der Wellpappenindustrie ebenfalls in Betracht.
Weitere Möglichkeiten bestehen darin, dass man auf den metallisierten Körper einer Walze eine Grundschicht wie z.B. Chrom, Wolframcarbid oder Keramik aufbringt und diese Schicht mit implantierten Schichten veredelt.
Für diese Verfahren werden u. a. geschlossene Spritzkabinen benutzt, so dass auch die Anwendung beider Verfahren innerhalb einer Kabine möglich ist.

Claims

Vorrichtung zur Ionenimplantation in Oberflächen von Walzen für die Papierherstellung mit wenigstens einer Ionenquelle, einem Beschleuniger, einer Vakuumkammer und einer Ablenkungsvorrichtung, wobei in der Vakuumkammer wenigstens ein Teil der zu behandelnden Walzenoberfläche aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass Fremdionen in der Walzenoberfläche derart eingelagert werden, dass ein wesentliches Anhaften von Materialien, welche mit der Walze bearbeitet werden, weitgehend verhindert wird.
Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fremdionen aus einer Gruppe von Ionen ausgewählt werden, welche Stickstoff-, Kohlenstoff-, Molybdän-, Bor-, Wolfram-, Titan-, Argon-, Nickel-, Chrom-, Kupfer-, Zirkon-, Vanadium-, Yttrium-, Aluminiumionen, nitritbildende Elemente, Kombinationen hieraus und dergleichen aufweist.
Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzenoberfläche wenigstens einen Bestandteil aufweist, der aus einer Gruppe von Materialien ausgewählt ist, die Metalle wie insbesondere Eisen, Nickel, Chrom, Kupfer, Kombinationen hieraus insbe sondere Legierungen wie rostfreie Stähle und dergleichen, Kunststoffen wie insbesondere Polyurethan, Polycarbonate, Polyethylen insbesondere mit hoher Dichte, Polymethylmethacrylat, Polystyrol, faserverstärkte Kunststoffe, Kombinationen hieraus und dergleichen, Verbundwerkstoffe, Keramiken, Keramikverbundstoffe, Kombinationen aus den verschiedenen Materialien und dergleichen aufweist.
Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ionen vorzugsweise eine Eindringtiefe in die Walzenoberfläche aufweisen, welche zwischen 0 μm und 1000 μm, vorzugsweise zwischen 0,1 μm und 500 μm und insbesondere kleiner als 10 μm ist.
Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ionen mittels eines Verfahrens gewonnen werden, welches aus einer Gruppe von Verfahren ausgewählt wird, welche durch Gasentladung erzeugtes Plasma, Lichtbogen, Wirbelstromerhitzung, Kathodenzerstäubung, Kombinationen hiervon und dergleichen erzeugt werden.
Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannung zwischen Ionenquelle und Walzenoberfläche zwischen 1000 V und 1500 V, vorzugsweise zwischen 1100 V und 1200 V liegt.
Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie der Ionen zwischen 10 eV und 1000 keV, insbesondere bei etwa 200 keV liegt.
Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosis an Ionen zur Oberflächenbehandlung zwischen 10¹⁰ cm^–2 und 10²⁰ cm^–2 und insbesondere zwischen 10¹³ cm^–2 und 10¹⁶ cm^–2 liegt.
Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Behandlung der Walzenoberfläche wenigstens eine Eigenschaft verändert wird, die aus einer Gruppe von Eigenschaften ausgewählt wird, welche den elektrische Widerstand, die Härte, die Reibung, den Verschleiß, die Oberflächenenergie, die Oberflächenenergiedichte, das Benetzungsverhalten, die Oberflächenspannung, die Polarität, die Adhäsion, Kombinationen hiervon und dergleichen umfasst.
Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzenoberfläche im Wesentlichen selbstreinigend ist.
Verfahren zur Ionenimplantation in Oberflächen einer Walze zur Herstellung von Papier mit den Schritten: – Erzeugung eines gerichteten Ionenstrahls; – Implantieren einer vorgegebenen Menge wenigstens einer Ionenart in einer vorgegebenen Oberfläche einer Walze für die Herstellung von Papier;
Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der behandelten Walze eine vorgegebene Eigenschaft aufweist, welche insbesondere ein dauerhaftes Anhaften von Materialien, welche mit der Walze bearbeitet werden, weitgehend verhindert.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10 verwendet wird.
Walze für die Papierherstellung, in deren Oberfläche wenigstens abschnittsweise Fremdionen derart eingelagert sind, dass ein dauerhaftes Anhaften von Materialien, welche mit der Walze bearbeitet werden, weitgehend verhindert wird.
Walze gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Einlagerung einer vorgegebenen Menge wenigstens eines Fremdions, die spezifischen Oberflächeneigenschaften der Walze, insbesondere die Adhäsion bezüglich des zu bearbeitenden Materials verändert wird.
Walze gemäß wenigstens einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Art und Menge der in der Oberfläche der Walze implantierten Ionen in axialer Erstreckungsrichtung der Walze unterschiedlich ist.
Walze gemäß wenigstens einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass insbesondere die Walzenoberfläche im Randbereich, der mit einem äußeren Kantenbereich des Verarbeitungsmaterials wenigstens zeitweise in Kontakt kommt, eine unterschiedliche Menge und/oder Art von Fremdionen aufweist.
Walze gemäß wenigstens einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 und/oder einem Verfahren gemäß wenigstens einem der Ansprüche 11 bis 13 hergestellt wird.
Verwendung einer Walze gemäß einem der vorstehenden Ansprüche für den Einsatz in der Papierindustrie, insbesondere als Leitwalze in der Sieb-, Pressen- und/oder Trockenpartie einer Papiermaschine, als Presswalze, als Zentralpresswalze, als Prägewalze insbesondere als beschichtete Prägewalze, als Kalanderwalze, als Riffelwalze, Kombinationen hiervon und dergleichen.