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Die
Erfindung betrifft eine Walze für
eine Maschine zur Verarbeitung einer Materialbahn, insbesondere
Papier-, Karton- oder Tissuemaschine, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
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Walzen
sind aus unterschiedlichen Materialien aufgebaut. So hat bspw. eine
Walze mit einem einschichtigen Walzenbezug einen metallischen Walzenkern
und eine an dessen äußerer Mantelfläche anhaftende
und diese überdeckende
Nutzschicht mit einem Polymermaterial. Ferner sind Walzen mit mehrschichtigen
Walzenbezügen
aus mehreren übereinander
angeordneten Bezugsschichten aufgebaut, die oftmals aus unterschiedlichen
Materialien bestehen und den metallischen Walzenkern überdecken.
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Bei
den Walzen kommen somit unterschiedlichste Materialien mit oftmals
unterschiedlichen Diffusionskoeffizienten für Wasserdampf zum Einsatz. Hierdurch
tritt das Problem auf, das oftmals die Verbindung zwischen den Materialien
mit unterschiedlichem Diffusionskoeffizienten an der Grenzfläche versagt.
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Das
Bindungsversagen ist darauf zurückzuführen, dass
es bei Einsatzbedingungen der Walzen unterhalb des Taupunkts von
Wasser zur Kondensation des Wassers an der Grenzfläche zwischen
bspw. der Nutzschicht des Walzenbezugs und dem Barunterliegenden
Walzenunterbau -entweder Walzenkern oder untenliegende Bezugsschichtkommt,
was ein Abplatzen dieser Bezugsschicht an der Grenzfläche zum
Walzenunterbau zur Folge hat.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Walze der eingangs
genannten Art dahingehend zu verbessern, dass der oben genannte
Versagensmechanismus weitestgehend unterbunden oder ganz verhindert
wird.
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Die
Aufgabe wird durch eine Walze mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst.
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Die
Erfindung basiert auf der Idee zumindest eine Nut vorzusehen, die
an der Grenzfläche
zwischen der oberen Bezugsschicht und dem Walzenunterbau in axialer
Richtung ununterbrochen vom Inneren der Walze bis zu zumindest einem
axialen Ende der oberen Bezugsschicht verläuft. Hierdurch ist es möglich, das
sich an der Grenzfläche
zwischen Walzenunterbau und oberen Bezugsschicht gebildete Kondensat
von der Grenzfläche
weg nach außen zu
führen,
wodurch sich das Kondensat nicht mehr an der Grenzfläche ansammeln
kann und somit ein Abplatzen dieser Bezugsschicht vom darunterliegenden
Unterbau verhindert wird.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die
erfindungsgemäße Lösung ist
insbesondere dann von Vorteil, wenn die obere polymere Bezugsschicht
einen für
Wasserdampf höheren
Diffusionskoeffizienten hat als der Walzenunterbau im Bereich seiner äußeren Mantelfläche, da
in diesem Fall die Porosität
der oberen polymeren Bezugsschicht besonders hoch ist und diese
daher viel Wasserdampf aufnehmen kann, der dann bei einer Temperatur
unterhalb des Taupunkts von Wasser zur Kondensatbildung führt, was
das bereits beschriebene Abplatzen der oberen Bezugsschicht vom
Walzenunterbau zur Folge hat.
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Vorzugsweise
stellt die obere Bezugsschicht die mit der Materialbahn und/oder
der Bespannung in Kontakt bringbare Nutzschicht der Walze bereit.
Dies ist aber nicht zwingend, so dass es auch möglich ist, dass in radialer
Richtung über
der oberen Bezugsschicht eine oder mehrere Bezugsschichten angeordnet
sind.
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Die
erfindungsgemäße Lösung ist
sowohl für Walzen
mit einschichtigem als auch mit mehrschichtigem Walzenbezug möglich. Bei
einer Walze mit einschichtigem Walzenbezug ist der Walzenunterbau durch
einen, insbesondere aus einem Metall bestehenden, zylindrischen
Walzenkern gebildet und die obere Bezugsschicht bildet die Nutzschicht
der Walze.
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Bei
einer Walze mit mehrschichtigem Walzenbezug ist der Walzenunterbau
durch einen, insbesondere aus einem Metall bestehenden, zylindrischen
Walzenkern und eine oder mehrere die Mantelfläche des Walzenkerns überdeckende
Polymermaterial umfassende untere Bezugsschichten sowie optional
durch eine oder mehrere über
der oberen Bezugsschicht angeordnete Bezugsschichten gebildet.
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Vorzugsweise
umfasst das Polymermaterial der unteren Bezugsschichten allein oder
in Kombination Epoxidharz (EP), PUR oder Vinylester.
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Insbesondere
wenn die obere Bezugsschicht die Nutzschicht des Walzenbezugs bereitstellt,
umfasst die obere Bezugsschicht als wesentliche Materialkomponente
Polyurethan, da Polyurethan aufgrund seiner hohen Verschleiß- und Temperaturbeständigkeit
sehr gut für
den Einsatz in der Nutzschicht eines Walzenbezugs geeignet ist.
Polyurethan hat aber den Nachteil einer sehr hohen Aufnahmefähigkeit
für Wasserdampf,
was im Falle einer unter dem Taupunkt liegenden Temperatur zu starker Kondensatbildung
führt.
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Vorteilhaft
ist es, wenn zumindest die obere Bezugsschicht durch ein Rotationsgußverfahren oder
ein Schleudergußverfahren
hergestellt wurde.
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Um
den Abtransport des an der Grenzfläche zwischen oberer Bezugsschicht
und Walzenunterbau gebildeten Kondensats weiter zu verbessern, ist
es von Vorteil, wenn mehrere an der Grenzfläche zwischen oberer Bezugsschicht
und Walzenunterbau verlaufende Nuten vorgesehen sind.
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Es
sind verschiedene Möglichkeiten
denkbar, wie die zumindest eine Nut an der Grenzfläche zwischen
dem Walzenunterbau und der oberen Bezugsschicht angeordnet sein
kann.
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Nach
einer ersten Möglichkeit
ist es denkbar, dass zumindest eine Nut in der zur oberen Bezugsschicht
weisenden äußeren Mantelfläche des
Walzenunterbaus gebildet ist.
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In
diesem Fall kann bspw. die zumindest eine Nut in der zur oberen
Bezugsschicht weisenden äußeren Mantelfläche des
Walzenunterbaus durch ein spanabhebendes Bearbeitungsverfahren hergestellt worden
sein.
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Vorzugsweise
wird hierbei bei der Herstellung der oberen Bezugsschicht die Viskosität des Polymermaterials
der oberen Bezugsschicht so eingestellt, dass die zumindest eine
in der äußeren Mantelfläche des
Walzenunterbaus gebildete Nut durch das Polymermaterial nicht verschlossen
wird.
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Konkret
wird bspw. zur Herstellung der oberen Polyurethan basierten Bezugsschicht
ein Prepolymer auf MDI/PTMEG Basis mit einer hochreaktiven Härtermischung
verwendet. Als hochreaktive Härtermischung
kommt bspw. eine Mischung aus 85–90 Gewichts-% PTMEG mit einem
Molgewicht von 2000 und 5–15
Gewichts-% PACM in betracht.
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Nach
einer zweiten Möglichkeit
ist es denkbar, dass in der zum Walzenunterbau weisenden inneren
Mantelfläche
der oberen Bezugsschicht zumindest eine Nut gebildet ist.
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In
diesem Fall wird beispielsweise bei der Herstellung der oberen Bezugsschicht
die Viskosität des
die obere Bezugsschicht bildenden Polymermaterials so eingestellt,
dass die äußere Mantelfläche des
Walzenunterbaus durch das Polymermaterial zur Bildung der zumindest
einen Nut nicht vollständig
benetzt wird.
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In
Hinblick auf die konkrete Ausgestaltung der oberen auf Polyurethan
basierenden Bezugsschicht wird auf die obigen Ausführungen
verwiesen.
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Des
Weiteren sind verschiedene Arten denkbar, wie die zumindest eine
Nut ausgebildet sein kann.
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So
ist es möglich,
dass sich zumindest eine Nut helixartig erstreckt. Soll bspw. die
helixartige Nut in der oberen Bezugsschicht gebildet werden, so kann
die obere Bezugsschicht vorzugsweise durch ein Rotationsgußverfahren
hergestellt werden, bei dem die Viskosität des Polymermaterials bei
der Bildung der oberen Bezugsschicht so eingestellt wird, dass die äußere Mantelfläche des
Walzenunterbaus durch das die obere Bezugschicht bildende Polymermaterial
nur helixartig benetzt wird und somit an der Grenzfläche zwischen
Walzenunterbau und oberer Bezugsschicht eine helixartige Nut entsteht.
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Alternativ
oder zusätzlich
ist es möglich, dass
sich zumindest eine Nut nur in axialer Richtung der Walze erstreckt.
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Um
das Kondensat besonders effektiv aus der Grenzfläche abführen zu können ist es sinnvoll, wenn
zumindest eine Nut in axialer Richtung von einem zum anderen axialen
Ende der Nutzschicht verläuft.
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Die
durch die Erfindung gelöste
Problematik tritt insbesondere bei Walzen in innengekühlten Einsatzpositionen
auf, da dort die Temperatur unter den Taupunkt fallen kann und eine
Kondensatbildung auftreten kann. Beispielhaft sind in diesem Zusammenhang
Presswalzen zu nennen, die in der Regel innengekühlt sind. Nach einer bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung ist die erfindungsgemäße Walze daher eine Presswalze.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von schematischen Zeichnungen
weiter erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
erfindungsgemäße Walze
in perspektivischer Darstellung,
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2 die
Walze der 1 im Querschnitt im Bereich
eines radialen Endes der Nutzschicht des Walzenbezugs.
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Die 1 und 2 zeigen
eine Walze 1 mit einem zylindrischen Walzenunterbau 2 und
mit einer an der äußeren Mantelfläche 3 des
Walzenunterbaus 2 anhaftenden und diese bedeckenden oberen
polymeren Bezugsschicht 4, die vorliegend aus einem Polyurethan basierten
Matrixmaterial 6 und darin eingebetteten Füllstoffpartikeln 6 aufgebaut
ist. Die obere polymere Bezugsschicht 4 stellt die mit
einer Materialbahn und/oder einer Bespannung in Kontakt bringbare
Nutzschicht der Walze 1 bereit und wird daher im Folgenden
als Nutzschicht 4 bezeichnet.
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Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist der Walzenunterbau 2 durch einen aus einem Metall bestehenden
zylindrischen Walzenkern 7 und eine die Mantelfläche 8 des
Walzenkerns 7 überdeckende und
an dieser anhaftende, nachfolgend als Grundschicht 9 bezeichnete,
untere polymere Bezugsschicht 9 gebildet. Vorliegend ist
die untere Bezugsschicht 9 aus einem Epoxidharz basierten
Polymermaterial hergestellt.
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Die
Nutzschicht 4 hat einen für Wasserdampf anderen Diffusionskoeffizienten
als die Grundschicht 9 zumindest im Bereich deren äußeren Mantelfläche 3.
Vorliegend hat die Bezugsschicht 4 einen für Wasserdampf
höheren
Diffusionskoeffizienten als die Grundschicht 9 im Bereich
deren äußeren Mantelfläche 3.
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Wie
aus der Darstellung der 1 zu erkennen ist, ist eine
Nut 10 vorgesehen, die an der Grenzfläche helixartig zwischen der
Nutzschicht 4 und der äußeren Mantelfläche 3 der
Grundschicht 9 in axialer Richtung (CMD) ununterbrochen
von einem axialen Ende 11 zum anderen axialen Ende 12 der
Nutzschicht 4 verläuft.
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Bei
der in den 1 und 2 gezeigten
erfindungsgemäßen Walze 1 ist
die Nut 10 in der zur Nutzschicht 4 weisenden äußeren Mantelfläche 3 der Grundschicht 9 gebildet,
wobei die Nut 10 in der Grundschicht 9 durch ein
spanabhebendes Bearbeitungsverfahren hergestellt wurde.
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Bei
der Herstellung der Nutzschicht 4 wurde die Viskosität des Polymermaterials
so eingestellt, dass die in der äußeren Mantelfläche 3 der
Grundschicht 9 gebildete Nut 10 durch das Polymermaterial nicht
verschlossen wurde.
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Die
Herstellung der Nutzschicht 4 erfolgte hierbei mittels
eines Rotationsgußverfahrens.