DE102007000846A1 - Papiermaschinenwalze - Google Patents

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Michael Wokurek
Martin Breineder
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Voith Patent GmbH
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Voith Patent GmbH
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    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21GCALENDERS; ACCESSORIES FOR PAPER-MAKING MACHINES
    • D21G1/00Calenders; Smoothing apparatus
    • D21G1/02Rolls; Their bearings
    • D21G1/0233Soft rolls

Landscapes

  • Rolls And Other Rotary Bodies (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Walze (1) für eine Maschine zur Verarbeitung einer Materialbahn, insbesondere Papier-, Karton- oder Tissuemaschine, 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 einen für Wasserdampf anderen Diffusionskoeffizienten hat als der Walzenunterbau (2) im Bereich seiner äußeren Mantelfläche (3). Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Nut (10) vorgesehen ist, die an der Grenzfläche zwischen der oberen Bezugsschicht (4) und dem Walzenunterbau (2) in axialer Richtung (CMD) ununterbrochen vom Inneren der Walze (1) bis zu zumindest einem axialen Ende (11, 12) der oberen Bezugsschicht (4) verläuft.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Walze für eine Maschine zur Verarbeitung einer Materialbahn, insbesondere Papier-, Karton- oder Tissuemaschine, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Aufgabe wird durch eine Walze mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • 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.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Vorzugsweise umfasst das Polymermaterial der unteren Bezugsschichten allein oder in Kombination Epoxidharz (EP), PUR oder Vinylester.
  • 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.
  • Vorteilhaft ist es, wenn zumindest die obere Bezugsschicht durch ein Rotationsgußverfahren oder ein Schleudergußverfahren hergestellt wurde.
  • 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.
  • Es sind verschiedene Möglichkeiten denkbar, wie die zumindest eine Nut an der Grenzfläche zwischen dem Walzenunterbau und der oberen Bezugsschicht angeordnet sein kann.
  • Nach einer ersten Möglichkeit ist es denkbar, dass zumindest eine Nut in der zur oberen Bezugsschicht weisenden äußeren Mantelfläche des Walzenunterbaus gebildet ist.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Nach einer zweiten Möglichkeit ist es denkbar, dass in der zum Walzenunterbau weisenden inneren Mantelfläche der oberen Bezugsschicht zumindest eine Nut gebildet ist.
  • 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.
  • In Hinblick auf die konkrete Ausgestaltung der oberen auf Polyurethan basierenden Bezugsschicht wird auf die obigen Ausführungen verwiesen.
  • Des Weiteren sind verschiedene Arten denkbar, wie die zumindest eine Nut ausgebildet sein kann.
  • 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.
  • Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass sich zumindest eine Nut nur in axialer Richtung der Walze erstreckt.
  • 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.
  • 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.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von schematischen Zeichnungen weiter erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 eine erfindungsgemäße Walze in perspektivischer Darstellung,
  • 2 die Walze der 1 im Querschnitt im Bereich eines radialen Endes der Nutzschicht des Walzenbezugs.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Herstellung der Nutzschicht 4 erfolgte hierbei mittels eines Rotationsgußverfahrens.

Claims (19)

  1. Walze (1) für eine Maschine zur Verarbeitung einer Materialbahn, insbesondere Papier-, Karton- oder Tissuemaschine, 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 einen für Wasserdampf anderen Diffusionskoeffizienten hat als der Walzenunterbau (2) im Bereich seiner äußeren Mantelfläche (3), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Nut (10) vorgesehen ist, die an der Grenzfläche zwischen der oberen Bezugsschicht (4) und dem Walzenunterbau (2) in axialer Richtung (CMD) ununterbrochen vom Inneren der Walze (1) bis zu zumindest einem axialen Ende (11, 12) der oberen Bezugsschicht (4) verläuft.
  2. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die obere polymere Bezugsschicht (4) einen für Wasserdampf höheren Diffusionskoeffizienten hat als der Walzenunterbau (2) im Bereich seiner äußeren Mantelfläche (3).
  3. Walze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Bezugsschicht (4) die mit der Materialbahn und/oder einer Bespannung in Kontakt bringbare Nutzschicht der Walze (1) bereitstellt.
  4. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Walzenunterbau (2) durch einen, insbesondere aus einem Metall bestehenden, zylindrischen Walzenkern (7) gebildet ist.
  5. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Walzenunterbau (2) durch einen, insbesondere aus einem Metall bestehenden, zylindrischen Walzenkern (7) und eine oder mehrere die Mantelfläche (8) des Walzenkerns (7) überdeckende polymere untere Bezugsschichten (9) gebildet ist.
  6. Walze nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymermaterial der unteren Bezugsschichten (6) allein oder in Kombination Epoxidharz (EP), PUR oder Vinylester umfasst.
  7. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das die obere polymere Bezugsschicht (4) Polyurethan umfasst.
  8. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in das Polymermaterial der oberen Bezugsschicht (4) partikelförmiger und/oder faserförmiger Füllstoff eingebettet ist.
  9. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die obere Bezugsschicht (4) durch ein Rotationsgußverfahren oder ein Schleuderverfahren hergestellt wurde.
  10. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere an der Grenzfläche zwischen oberer Bezugsschicht (4) und Walzenunterbau (2) verlaufende Nuten vorgesehen sind.
  11. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der zur oberen Bezugsschicht (4) weisenden äußeren Mantelfläche (3) des Walzenunterbaus (2) zumindest eine Nut (10) gebildet ist.
  12. Walze nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Nut (10) in der zur oberen Bezugsschicht (4) weisenden äußeren Mantelfläche (3) des Walzenunterbaus (2) durch ein spanabhebendes Bearbeitungsverfahren hergestellt wurde.
  13. Walze nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Viskosität des Polymermaterials bei der Herstellung der oberen Bezugsschicht (4) so eingestellt wurde, dass die zumindest eine in der äußeren Mantelfläche (3) des Walzenunterbaus (2) gebildete Nut (10) durch das Polymermaterial nicht verschlossen ist.
  14. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der zum Walzenunterbau weisenden inneren Mantelfläche der oberen Bezugsschicht zumindest eine Nut gebildet ist.
  15. Walze nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Viskosität des Polymermaterials bei der Herstellung der oberen Bezugsschicht so eingestellt wurde, dass die äußere Mantelfläche des Walzenunterbaus durch das Polymermaterial zur Bildung der zumindest einen Nut nicht vollständig benetzt ist.
  16. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass sich zumindest eine Nut (10) helixartig erstreckt.
  17. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass sich zumindest eine Nut nur in axialer Richtung erstreckt.
  18. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Nut (10) in axialer Richtung von einem zum anderen axialen Ende der oberen Bezugsschicht verläuft.
  19. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Walze eine Presswalze ist.
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