DE102007018476A1

DE102007018476A1 - Walze für Papiermaschine

Info

Publication number: DE102007018476A1
Application number: DE200710018476
Authority: DE
Inventors: Norbert Dr. Gamsjäger; Antje Dr. Berendes; Martin Breineder; Helmut Sterkl; Michael Wokurek; Wolfgang Peter Dr. Mayr; Thomas Dr. Stübegger; Benno Dr. Bader; Lothar Dr. Zimmermann
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2007-04-19
Filing date: 2007-04-19
Publication date: 2008-10-23

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Walze für eine Maschine zur Verarbeitung einer Materialbahn, insbesondere Papier-, Karton- oder Tissuemaschine, mit einem zylindrischen Walzenkern und mit einem die Mantelfläche des Walzenkerns überdeckenden elastischen Walzenbezug mit einer Bezugsoberfläche, wobei der elastische Walzenbezug eine oder mehrere Polymerschicht(en) umfasst. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass auf der radial äußersten Polymerschicht zumindest abschnittsweise eine die Bezugsoberfläche bereitstellende Beschichtung aufgebracht ist, die mit einer Dicke von maximal 750 µm dünner als die Gesamtdicke aller Polymerschichten ist und die aus einem metallischen oder carbidischen oder keramischen oder boridischen oder nitridischen Werkstoff oder einer Kombination zumindest zweier dieser Werkstoffe gebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Walze für eine Bahn verarbeitende oder herstellende Maschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Weiterhin ist die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Walze gerichtet.
Walzenbezüge werden zur Verbesserung deren Abriebbeständigkeit oftmals mit einem faser- oder partikelförmigen Füllstoff versehen, welcher in das polymere Material des Walzenbezugs eingebettet ist.
Oftmals wird hierbei das Polymermaterial durch Füllstoffe im Papier ausgearbeitet und dadurch die Oberfläche des Walzenbezugs rau.
Insbesondere bei elastischen Walzen für die Satinage von Papierbahnen, bei denen ja der Walzenbezug in direktem Kontakt mit der Papierbahn ist, hängt die Glättwirkung unmittelbar von der Glätte der Oberfläche des Walzenbezugs ab. Da bei vielen Papiersorten eine Menge von Füllstoffen verwendet wird, werden die aus dem Stand der Technik bekannten Walzenbezüge oft schon nach kurzer Zeit so rau, dass diese für die Satinage von Papier nicht mehr verwendet werden können und daher ausgetauscht werden müssen. Dies führt in vielen Fällen zu oft zu kurzen Standzeiten der Walzen in der Papierglättvorrichtung.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Walze mit verbesserter Standzeit vorzuschlagen.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Walze für eine Maschine zur Verarbeitung einer Materialbahn, insbesondere Papier-, Karton- oder Tissuemaschine, mit einem zylindrischen Walzenkern und mit einem die Mantelfläche des Walzens-Kerns überdeckenden elastischen Walzenbezug, der eine Bezugsoberfläche hat, wobei der elastische Walzenbezug eine oder mehrere Polymerschicht(en) umfasst.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass auf der radial äußersten Polymerschicht zumindest abschnittweise eine die Bezugsoberfläche bereitstellende Beschichtung aufgebracht ist. Die Beschichtung hat hierbei eine Dicke von maximal 750 μm und ist somit dünner als die Gesamtdicke aller Polymerschichten des Walzenbezugs. Ferner ist die Beschichtung aus einem metallischen oder carbidischen oder keramischen oder boridischen oder nitridischen Werkstoff oder einer Kombination zumindest zweier dieser Werkstoffe gebildet.
Durch die erfindungsgemäße die Oberfläche des Bezugs bildende Beschichtung wird ein Walzenbezug mit deutlich verbesserter Verschleißbeständigkeit geschaffen, ohne dass die elastischen Eigenschaften des Walzenbezugs negativ beeinflusst werden.
Dadurch, dass die Beschichtung im Vergleich zu Polymer aus einem harten oder sehr harten Material ist, wird ein Walzenbezug geschaffen, der eine größere Verschleißbeständigkeit hat als ein Verbundwalzenbezug mit einem polymeren Materixmaterial in welches Füllstoffe eingebettet sind.
Dadurch, dass die Dicke der Beschichtung sehr gering ist, werden aber die durch die zumindest eine Polymerschicht bestimmten elastischen Eigenschaften des Walzenbezugs nicht negativ beeinflusst, so dass im Ergebnis der mit der Beschichtung versehene Walzenbezug die gleichen elastischen Eigenschaften hat, wie ein Walzenbezug ohne diese Beschichtung, der ansonsten gleich aufgebaut ist.
Anzumerken ist in diesem Zusammenhang, dass eine Beschichtung im Sinne dieser Erfindung durch einen Beschichtungsprozess aufgebracht ist und unter Beschichten allgemein das Aufbringen einer festhaftenden Schicht aus formlosem Stoff auf die Oberfläche eines Werkstückes zu verstehen ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Vorteilhafterweise hat bzw. haben die eine oder mehrere Polymerschichten des Walzenbezugs zusammen eine Gesamtdicke von 2 mm bis 35 mm, insbesondere von 2 mm bis 10 mm. Versuche der Anmelderin haben ergeben, dass bei Beschichtungsdicken von 0,5 μm bis 250 μm, insbesondere von 2 μm bis 50 μm eine ausreichende Verschleißbeständigkeit der Oberfläche des Walzenbezugs kombiniert mit keiner Einflussnahme durch die Beschichtung auf die elastischen Eigenschaften des Walzenbezugs zur Verfügung gestellt wird.
Für eine Vielzahl von Eigenschaften des Walzenbezugs ist es sinnvoll, wenn in zumindest einer Polymerschicht ein oder mehrere Füllstoff(e) eingebettet sind bzw. sind. Durch Füllstoffe lassen sich Eigenschaften wie thermische Ausdehnung oder Wärmeleitfähigkeit oder Elastizität des Walzenbezugs einstellen. In Frage kommen in diesem Zusammenhang sowohl partikelförmige wie auch faserförmige Füllstoffe.
Von Vorteil ist es, wenn die Beschichtung aus einem oder mehreren Hartstoffen gebildet ist. Hartstoffe sind Materialien, die sich durch eine besonders hohe Härte von bspw. Härte HV > 1000 auszeichnen.
Der metallische Werkstoff umfasst vorzugsweise ein oder mehrere Metalle der 3. bis 5. Periode des Periodensystems oder Legierungen davon. Beispielhaft sind in diesem Zusammenhang Legierungen auf Eisen-, Cobalt-, Kupfer- oder Nickelbasis zu nennen.
Der carbidische Werkstoff umfasst beispielsweise ein Hartmetall auf Basis von Wolframcarbid, Chromcarbid oder Titancarbid oder einer Kombination davon. Als Binderphase ist in diesem Zusammenhang Nickel, Nickelchrom, Cobaltchrom oder Nickelcobaltchrom denkbar.
Ferner kann der keramische Werkstoff allein oder in Kombination Ein- oder Mehrphasenkeramiken auf Basis von Chromoxid oder Aluminiumoxid umfassen. Hierbei sind auch Zusätze von Titanoxid, Zirkonoxid oder Seltenen Erden Oxiden denkbar.
Erfindungsgemäß sind auch Oxid-Carbid-Mischkeramiken denkbar. Beispielhaft ist in diesem Zusammenhang eine Mischkeramik aus Aluminiumoxid und Titancarbid (bspw. 10–50 Gew.%) zu nennen.
Ferner ist denkbar, dass der boridische Werkstoff allein oder in Kombination Titanborid, Vanadiumborid oder Chromborid sowie der nitridische Werkstoff Carbonnitrid umfasst.
Die erfindungsgemäße Walze ist bevorzugt aber nicht ausschließlich eine elastische Glättwalze für die Satinage von Papierbahnen in einer Papierglättvorrich-tung.
Bevorzugt hat die die Bezugsoberfläche bereitstellende Beschichtung der als elastische Glättwalze ausgebildeten Walze eine Rauhigkeit Ra, die kleiner als 0,1 μm, insbesondere kleiner als 0,05 μm ist. Hierdurch werden besonders gute Satinageergebnisse beim Kalandrieren einer Papierbahn erzielt. Eine solche geringe Rauhigkeit kann bspw. durch einen Politurvorgang erzielt werden.
Es sind unterschiedliche Methoden denkbar, wie die nicht polymere Beschichtung auf die äußerste Polymerschicht aufgebracht werden kann. Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Beschichtung mittels Abscheidung aus der Gasphase auf die äußerste Polymerschicht aufgebracht. Bei der Gasphasenabscheidung werden insbesondere zwei Verfahren eingesetzt, namentlich das PVD-Verfahren (physical vapour deposition) und das CVD-Verfahren (chemical vapour deposition).
Mit beiden Verfahren lassen sich die extrem dünnen erfindungsgemäßen Beschichtungen im μm-Bereich realisieren. Bei PVD-Verfahren wird das Beschich tungsmaterial über den physikalischen Vorgang des Verdampfens im Vakuum in die Dampfphase überführt und scheidet sich anschließend auf dem zu beschichtenden Substrat nieder. Beim CVD-Verfahren wird die Gasphase durch chemische Reaktion erzeugt.
Als alternatives Verfahren zum Aufbringen der erfindungsgemäßen Beschichtung auf die äußerste Polymerschicht ist noch ein Spritzverfahren, insbesondere das thermische Spritzen, zu nennen.
Im Fall der Beschichtung mittels thermischen Spritzen ist es zur Anbindung der Beschichtung an die äußerste Polymerschicht von Vorteil, wenn zwischen der mittels thermischem Spritzen aufgebrachten Beschichtung und der äußersten Polymerschicht eine Haftschicht angeordnet ist. Diese Haftschicht schützt die Polymerschicht(en) des Walzenbezugs ferner vor thermischen Beschädigungen.
Vorzugsweise ist die Haftschicht hierbei aus einem Werkstoff gebildet, der Aluminiumbronze und/oder Kupferbronze umfasst.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer einen Walzenbezug umfassenden Walze für eine Bahn verarbeitende Maschine, wobei der Walzenbezug eine oder mehrere Polymerschichten und eine die radial äußerste der Polymerschichten bedeckende Beschichtung umfasst, ist gekennzeichnet durch die Schritte, dass der Walzenbezug mit der äußersten Polymerschicht bereitgestellt wird und ein Beschichtungsmaterial auf die äußerste Polymerschicht so lange aufspritzt oder aus der Gasphase abgeschieden wird, bis das Beschichtungsmaterial eine die äußerte Polymerschicht zumindest abschnittweise geschlossen bedeckende Beschichtung bildet.
Hierdurch ist es möglich, die erfindungsgemäße Walze besonders kostengünstig herzustellen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von schematischen nicht maßstäblichen Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Walze im Querschnitt,
2 eine Vorrichtung zum Herstellen der erfindungsgemäßen Walze.
Die 1 zeigt eine erfindungsgemäße Walze 1 im Querschnitt.
Die Walze 1 hat einen zylindrischen Walzenkern 2, der aus einem metallischen Werkstoff wie bspw. Stahl gefertigt ist. Die Mantelfläche des Walzenkerns 2 ist mit einem elastischen Walzenbezug 3 bedeckt, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine innere Polymerschicht 4 und radial weiter außen liegende äußerste Polymerschicht 5 umfasst.
Sowohl die innere wie auch äußerste Polymerschicht 4 und 5 werden durch ein elastomeres Epoxidharz als Matrixmaterial 6 und einen darin eingebetteten faserförmigen Füllstoff 7 gebildet. Als Fasern 7 sind vorliegend keramische Fasern vorgesehen.
Die Polymerschicht 4 hat eine Dicke von 2 mm, wohingegen die äußerste Polymerschicht 5 eine Dicke von 6 mm hat, so dass die beiden Polymerschichten 4 und 5 haben zusammen eine Gesamtdicke von 8 mm haben.
Die innere Polymerschicht 4 hat eine größere Dichte von im Matrixmaterial 6 eingebetteten Fasern 7 als die äußerste Polymerschicht 5. Daher ist die äußerste Polymerschicht 5 elastischer als die innere Polymerschicht 4.
Erfindungsgemäß ist auf die äußerste Polymerschicht 5 eine Beschichtung 8 aufgebracht, die mit einer Dicke von 40 μm dünner als die Gesamtdicke der beiden Polymerschichten 4 und 5 ist und die aus einem carbidischen Werkstoff bspw. dem Hartmetall Wolframcarbid gebildet ist. Die Beschichtung 8 bildet hierbei die Bezugsoberfläche 9. Die Beschichtung 8 ist geschliffen und anschließend poliert und hat eine Rauhigkeit Ra von 0,05 μm.
Vorliegend wurde die Beschichtung 8 mittels Abscheidung aus der Gasphase auf die äußerste Polymerschicht 5 abgeschieden, wobei das PVD-Verfahren angewendet wurde.
Die in der 1 dargestellte Walze 1 ist eine elastische Glättwalze für die Satinage von Papierbahnen.
Die 2 zeigt eine Vorrichtung 10 zum Herstellen der erfindungsgemäßen Walze 1.
Die Vorrichtung 10 hat eine Beschichtungseinrichtung 11 sowie eine nicht dargestellte Einrichtung, durch welche die Walze 1 und die Beschichtungseinrichtung 11 relativ zueinander in axialer Richtung 12 und in Umfangrichtung 13 bewegbar sind.
Die Beschichtungseinrichtung 11 umfasst eine Vakuumkammer 14 in der eine Verdampferquelle 15 angeordnet ist, mittels der das die Beschichtung 8 bildende Beschichtungsmaterial auf die äußerste Polymerschicht 5 aufgedampft wird.
Bei dem Beschichtungsvorgang werden die Verdampferquelle 15 und die Walze 1 relativ zueinander so in axialer 12 und in Umfangrichtung 13 bewegt, dass nacheinander die gesamte die Mantelfläche des Walzenkerns 2 bedeckende äußerste Polymerschicht 5 mit der Beschichtung 8 überzogen ist.
In der Darstellung der Figur bewegt sich die Beschichtungseinrichtung 11 von links nach rechts, d. h. in der Darstellung ist links von der Beschichtungseinrichtung 11 die Walze 1 mit bereits aufgebrachter Beschichtung 8 zuerkennen, wohingegen rechts der Beschichtungseinrichtung 11 die Walze 1 noch ohne die Beschichtung 8 ist und daher noch die äußerste Polymerschicht 5 zu erkennen ist.

Claims

Walze (1) für eine Maschine zur Verarbeitung einer Materialbahn, insbesondere Papier-, Karton- oder Tissuemaschine, mit einem zylindrischen Walzenkern (2) und mit einem die Mantelfläche des Walzenkerns (2) überdeckenden elastischen Walzenbezug (3) mit einer Bezugsoberfläche (9), wobei der elastische Walzenbezug (3) eine oder mehrere Polymerschicht(en) (4, 5) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass auf der radial äußersten Polymerschicht (5) zumindest abschnittweise eine die Bezugsoberfläche (9) bereitstellende Beschichtung (8) aufgebracht ist, die mit einer Dicke von maximal 750 μm dünner als die Gesamtdicke aller Polymerschichten (4, 5) ist und die aus einem metallischen oder carbidischen oder keramischen oder boridischen oder nitridischen Werkstoff oder einer Kombination zumindest zweier dieser Werkstoffe gebildet ist.
Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (8) eine Dicke von 0,5 μm bis 250 μm, insbesondere von 2 μm bis 50 μm hat.
Walze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die eine oder mehrere Polymerschichten (4, 5) zusammen eine Dicke von 2 mm bis 35 mm, insbesondere von 2 mm bis 10 mm haben.
Walze nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einer Polymerschicht (4, 5) ein oder mehrere Füllstoff(e) (7) eingebettet ist bzw. sind.
Walze nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Füllstoff (7) partikelförmig oder faserförmig ist.
Walze nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (8) aus einem oder mehreren Hartstoffen gebildet ist.
Walze nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Werkstoff ein oder mehrere Metalle der 3. bis 5. Periode des Periodensystems oder Legierungen davon umfasst.
Walze nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der carbidische Werkstoff ein Hartmetall auf Basis von Wolframcarbid, Chromcarbid oder Titancarbid oder einer Kombination davon umfasst.
Walze nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der keramische Werkstoff allein oder in Kombination Ein- oder Mehrphasenkeramiken auf Basis von Chromoxid, Aluminiumoxid oder Seltenen Erden Oxiden umfasst.
Walze nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der boridische Werkstoff allein oder in Kombination Titanborid, Vanadiumborid, Chromborid umfasst.
Walze nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der nitridische Werkstoff Carbonnitrid (CrN) umfasst.
Walze nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (8) mittels Abscheidung aus der Gasphase auf die äußerste Polymerschicht abgeschieden wird.
Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (8) mittels Spritzen, insbesondere thermischem Spritzen, auf die äußerste Polymerschicht aufgebracht ist.
Walze nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der mittels thermischem Spritzen aufgebrachten Beschichtung und der äußersten Polymerschicht eine Haftschicht angeordnet ist.
Walze nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftschicht aus einem Werkstoff ist, der Aluminiumbronze und/oder Kupferbronze umfasst.
Walze nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Walze (1) eine elastische Glättwalze für die Satinage von Papierbahnen ist.
Walze nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die die Bezugsoberfläche (9) bereitstellende Beschichtung (8) eine Rauhigkeit Ra hat die kleiner als 0,1 μm, insbesondere kleiner als 0,05 μm ist.
Verfahren zur Herstellung einer Walze (1) mit einem Walzenbezug (3), der eine oder mehrere Polymerschichten (4, 5) und eine die radial äußerste der Polymerschichten (5) bedeckende Beschichtung (8) umfasst, gekennzeichnet durch die Schritte, dass der Walzenbezug (3) mit der äußersten Polymerschicht (5) bereitgestellt wird und ein Beschichtungsmaterial so lange auf die äußerste Polymerschicht (5) aufspritzt oder aus der Gasphase abgeschieden wird, bis das Beschichtungsmaterial eine die äußerte Polymerschicht (5) zumindest abschnittweise geschlossen bedeckende Beschichtung (8) bildet.