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Die Erfindung betrifft eine Walze für eine Maschine zur Herstellung oder Verarbeitung einer Faserstoffbahn nach dem Kennzeichen des Anspruchs 1, eine Beschichtungsvorrichtung, welche eine derartige Walze umfasst, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Walze.
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In Anlagen zur Herstellung oder Verarbeitung von Faserstoffbahnen kommt eine Vielzahl von Walzen zum Einsatz. Die Walzen können dabei die Bahn - beispielsweise eine Papierbahn, Kartonbahn oder Zellstoffbahn- stützen und leiten. Weiterhin werden verschiedenartige Walzen auch zum Behandeln von Faserstoffbahnen eingesetzt.
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Eine große Zahl diese Walzen ist mit einem gummielastischen Material beschichtet, insbesondere mit einem Gummi.
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So beschreibt die Schrift
EP2981647 B1 ein solches Beschichtungsaggregat in Form einer Filmpresse mit einem Gummibezug.
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Auch beim Bedrucken von Papier bzw. dem Auftrag von Lack oder Klebstoffen kommen Gummiwalzen zum Einsatz, wie beispielsweise in der
DE 20 2011 107 518 U1 beschrieben.
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Die Herstellung solcher Gummiwalzen kann, wie in der
DE 20 2011 107 518 beschrieben, im sogenannten Walzenextrusionsverfahren erfolgen. Dabei wird ein Walzenkern - insbesondere ein metallischer Walzenkern- durch den Kopfaufsatz (sogenannter Querkopf) eines Gummiextruders geführt werden. Dadurch wird der Walzenkern mit einer nahtlosen Beschichtung aus dem extrudierten Material versehen. Nachteilig an diesem Verfahren ist es jedoch, dass der Querkopf sehr spezifisch auf den Walzenkern angepasst werden muss. Die so hergestellten Walzen weisen eine sehr hochwertige und gleichmäßige Beschichtung auf. Das Beschichten von Walzen mit verschiedenen Durchmessern erfordert jedoch den häufigen Wechsel von Kopfaufsätzen und ist dadurch sehr zeitaufwändig.
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Als mögliche Alternative beschreibt die
DE 20 2011 107 518 bereits das sogenannte Stripbuilding Verfahren. Dabei wird gewöhnlich ein extrudierter Kautschukstreifen auf einen rotierenden Walzenkern aufgetragen, so dass der Kautschukstreifen in Form einer axialen Spirale aus sich überlappenden Kautschukstreifen auf dem Walzenkern abgelegt wird. Durch die Geschwindigkeit der axialen Bewegung wird dabei der Neigungswinkel der abgelegten Kautschukstreifen in Bezug auf die Walzenachse eingestellt. Vorteilhaft an diesem Verfahren ist es, dass sich mit einer festen Geometrie des Kautschukstreifens durch Variation des Neigungswinkels verschiedene Dicken des Walzenbezugs realisieren lassen.
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Allerdings hat sich gezeigt, dass solche im Stripbuilding hergestellten Walzen im Betrieb gelegentlich Markierungen an der beschichteten Faserstoffbahn erzeugen. Diese führen insbesondere bei Anwendungen mit hohen Qualitätsanforderungen dazu, dass diese Walzen ausgetauscht oder geschliffen werden müssen.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Walze vorzuschlagen, die weitgehend markierungsfrei ist aber trotzdem einfach und effizient herzustellen ist. Weiterhin ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Walze vorzuschlagen.
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Es ist schließlich eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Beschichtungsaggregat für eine markierungsfreie Beschichtung vorzuschlagen.
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Die Aufgaben werden gelöst durch eine Walze gemäß dem Kennzeichen des Anspruchs 1, ein Verfahren zur Herstellung einer Walze gemäß Anspruch 12 sowie eine Beschichtungsvorrichtung gemäß Anspruch 11.
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Vorteilhafte Ausführungen werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Hinsichtlich der Walze wird die Aufgabe gelöst durch eine 1. Walze für eine Maschine zur Herstellung oder Verarbeitung einer Faserstoffbahn, aufweisend einen Walzenkern und einen darauf angebrachten Walzenbezug, welcher zumindest eine Lage aus einem gummielastischen Material umfasst, welche auf einer Unterlage aufgebracht ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die zumindest eine Lage aus gummielastischem Material aus mehreren Windungen von Strangmaterial aufgebaut ist, welches einen im wesentlichen parallelogrammförmigen Querschnitt sowie eine Unterseite, eine Oberseite sowie eine erste Seitenfläche und eine zweite Seitenfläche aufweist, und die Windungen so nebeneinander angeordnet sind, dass jeweils die erste Seitenfläche der einen Windung mit der zweiten Seitenfläche der benachbarten Windung in Kontakt steht.
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Mit dem Begriff „gummielastisches Material“ sollen im Rahmen dieser Anmeldung Elastomere umfasst sein, wie z.B. Gummi aber auch andere Elastomere wie z.B. Polyurethane, insbesondere ein sogenanntes „Mahlbares Polyurethan“ (millable PU). Zudem sollen aber alle Arten von Gummi mit dem Begriff „gummielastisches Material“ umfasst sein. Insbesondere auch sogenannte Hartgummis, die zu den Duroplasten gezählt werden.
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Um die Lesbarkeit des Textes zu erleichtern, wird im Rahmen dieser Anmeldung statt der sperrigen Bezeichnung „alle Arten von Gummi sowie alle gummielastischen Materialien“ durchgängig die kompaktere Formulierung „gummielastisches Material“ verwendet. Dieser Begriff soll dabei, solange nicht explizit anders beschrieben, stets auch Hartgummi Materialien umfassen.
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Die Erfinder haben erkannt, dass die Markierungsmuster, die von den Walzen erzeugt werden, dem vergleichsweise geringen Vorschub beim Stripbuilding Verfahren sowie dem Übereinanderlegen der Polymerstreifen geschuldet sind.
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Bei der hier vorgeschlagenen Walze wird daher auf ein Übereinanderlegen der Streifen völlig verzichtet. Dies scheint auf den ersten Blick nachteilig, da hierdurch die Dicke der erzeugten Lage durch die Höhe (h) des Strangs festgelegt wird. Somit ist mit einem Werkzeug, insbesondere einem Extrudermundstück immer nur eine feste Lagendicke erzeugbar. Dieser Nachteil wird aber kompensiert durch die verbesserte Qualität der Beschichtung, die der Walze ein breiteres Spektrum an Anwendungsmöglichkeiten eröffnet.
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Insbesondere ist es daher vorteilhaft, wenn die Unterseite des Strangmaterials ausschließlich mit der Unterlage in Kontakt steht.
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Bevorzugt kann es sich bei der Unterlage um den Walzenkern oder eine Lage aus Hartgummi oder aus gummielastischem Material handeln.
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In vorteilhaften Ausführungen kann vorgesehen sein, dass die Unterseite des Strangmaterials in Querrichtung der Walze eine Breite (b) von mindestens 40mm, bevorzugt mindestens 50mm, besonders bevorzugt zwischen 55 mm und 180mm aufweist.
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Eine große Breite des Strangmaterials bietet hierbei den Vorteil, dass für die Beschichtung der Walze eine geringere Anzahl von Windungen erforderlich ist. Auf diese Weise kann die Geschwindigkeit der Beschichtung gesteigert werden. Allerdings hat es sich gezeigt, dass zu große Strangbreiten auch nachteilig sein können. Um einen Walzenbezug in gleichmäßiger Qualität zu erzielen, muss das gummielastische Material üblicherweise ein Stück über die beiden stirnseitigen Enden der Walze hinaus aufgetragen werden. Dieser Überhang beträgt zumindest eine halbe Strangbreite, und wird nach Fertigstellen des Bezugs abgetrennt und verworfen. Je breiter der Strang gewählt wird, desto größer fällt somit auch dieser Ausschuss aus. Daher wir ab einer gewissen Strangbreite der ökonomische Vorteil des schnelleren Aufbringens durch die Kosten für den Ausschuss wieder kompensiert.
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Außerdem ist es, speziell beim Herstellen von Walzen mit geringem Durchmesser, auch schwierig, bei einer Umdrehung einen entsprechend großen Vorschub für die Verwendung eines sehr breiten Strangs zu realisieren.
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Strangbreiten bis 180mm haben sich hier aber als technisch machbar und ökonomisch sinnvoll erwiesen.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Strangmaterial eine Höhe (h) von mehr als 4mm, insbesondere zwischen 5mm und 30mm aufweist.
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Die Dicke der aufgebrachten Lage wird wie beschrieben von der Dicke des Strangmaterials bestimmt. Lagendicken unter 4mm sind hier in den meisten Fällen nicht sinnvoll. Lagendicken im Bereich zwischen 5mm und 30mm sind üblich und mittels des Strangauftrags noch stabil herstellbar.
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Generell kann das Strangmaterial eine Breite (b) und eine Höhe (h) aufweisen, wobei die Breite (b) größer ist als die Höhe.
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Breiten, die der doppelten, oder der vierfachen Höhe oder mehr entsprechen, sind besonders bevorzugt.
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Der parallelogrammförmige Strang kann prinzipiell als rechteckiger Strang ausgeführt sein. In diesem Fall stoßen zwei benachbarte Windungen mit ihren senkrechten Seitenflächen aneinander.
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Häufig wird es aber hilfreich sein, wenn das Parallelogramm einen Winkel (α) zwischen der Unterseite und der ersten Seitenfläche bildet, der kleiner ist als 90°. In bevorzugten Ausführungen kann vorgesehen sein, dass der Winkel (α) zwischen der Unterseite und der ersten Seitenfläche insbesondere zwischen 75° und 55° betragen.
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Üblicherweise beträgt der Winkel (α) jedoch über 45°.
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Der Winkelbereich zwischen 55° und 75° stellt in gewissem Sinne ein Optimum dar, da zu flache Winkel das genaue Aufbringen der Windungen schwieriger machen. Bei zu steilen Winkeln hingegen ist eine Verbindung benachbarter Windungen über die Seitenflächen nicht so leicht zu erzielen, da bei Anwendung einer Kraft von auf die Lage aus gummielastischem Material oben nur eine relativ kleine Komponente dieser Kraft als Fügedruck in Normalenrichtung zu den Seitenflächen wirkt. Im Extremfall von α=90° wirkt sogar überhaupt keine Kraftkomponente senkrecht zur Seitenfläche.
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Die Lage aus gummielastischem Material kann insbesondere die einzige, oder die radial äußerste Lage des Walzenbezugs bilden.
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Je nach Anwendungsfall kann die Lage aus gummielastischem Material mit Rillen und/oder Bohrungen versehen sein. Ein solcher Walzenbezug soll auch von dieser Anmeldung umfasst werden, auch wenn die einzelnen Windungen des Bezugs durch die Rillungen oder Bohrungen keine Parallelogramme im streng mathematischen Sinn mehr sind.
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Hinsichtlich der Beschichtungsvorrichtung wird die Aufgabe gelöst durch eine Beschichtungsvorrichtung, insbesondere eine Filmpresse, oder eine Leimpresse zum Auftrag einer Stärkelösung auf eine laufende Faserstoffbahn, wobei die Beschichtungsvorrichtung einen Behandlungsnip aufweist, der durch zwei Übertragungswalzen gebildet wird. Dabei ist zumindest eine Übertragungswalze, insbesondere beide Übertragungswalzen als Walze gemäß einem Aspekt der Erfindung ausgeführt.
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Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen einer Walze für eine Maschine zur Herstellung oder Verarbeitung einer Faserstoffbahn, wobei das Verfahren das Aufbringen einer Lage aus gummielastischem Material auf eine Unterlage beinhaltet, und die Schritte umfasst:
- a) Bereitstellen eine Unterlage insbesondere in Form eines Walzenkerns oder einer Lage aus gummielastischem Material.
- b) Bereitstellen eines Polymermaterials, insbesondere eines Kautschukmaterials in Strangform, wobei der Strang einen parallelogrammförmigen Querschnitt hat der eine Unterseite, eine Oberseite, sowie eine erste Seitenfläche und eine zweite Seitenfläche aufweist.
- c) Ablegen des Strangmaterials auf die Unterlage, so dass die Unterseite mit der Unterlage in Kontakt steht.
- d) Aufspiralisieren des Strangmaterials, so dass zwei benachbarte Windungen ausschließlich über ihre Seitenflächen miteinander in Kontakt stehen.
- e) Vulkanisieren des aufgebrachten Polymermaterials unter Ausbildung eines gummielastischen Materials.
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Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass das Bereitstellen des Polymermaterials insbesondere Kautschukmaterials in Strangform mittels eines Extruders oder einer Zahnradpumpe erfolgt.
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Weiterhin kann es vorteilhaft sein, dass in Schritt c) das Ablegen des Strangmaterials unter Anlegen eines Anlegedrucks erfolgt, der insbesondere durch eine Anlegewalze aufgebracht wird.
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Häufig schließt sich an das oben beschriebene Verfahren noch eine Oberflächenbehandlung an. Dabei kann es sich insbesondere um ein Schleifen der Oberfläche handeln, um eine ausreichende Glätte für die anschließende Verwendung, z.B. in einer Beschichtungsvorrichtung zu erzielen.
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Typischerweise liegen geeignete Oberflächenglätten nach der Oberflächenbehandlung im Bereich zwischen Ra= 1,0 - 3 µm. Gerade bei Beschichtungsvorrichtungen können auch zu geringe Rauigkeiten, z.B. Ra< 1µm , insbesondere Ra< 0,5 µm nachteilig sein.
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Alternativ oder zusätzlich kann die Oberflächenbehandlung auch ein Bohren oder ein Rillen der Walzenoberfläche umfassen.
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Oftmals entspricht oder korreliert beim klassischen Stripbuilding Verfahren der Vorschub beim Schleifen mit dem Vorschub des Extruders. Dieser Vorschub liegt beim Stripbuilding Verfahren üblicherweise zwischen 5mm und 15mm. Ähnliche Dimensionen weisen jedoch auch funktionelle Bauteile in einer Papiermaschine oder Beschichtungsmaschine auf. Bei Störungen in der Faserstoffbahn -z.B. Streifigkeitenin diesem Größenordnungsbereich lässt es sich oft nur schwer herausfinden, was die Ursache für diese Störungen ist. Eine Walze gemäß einem Aspekt der Erfindung, bzw. das zugehörige Verfahren hat hier den zusätzlichen Vorteil, dass die Strangbreite bzw. der Vorschub beim Extrudieren in einer deutlich größeren Dimension gewählt werden kann. Somit kann diese Ursache für Störungen im häufig vorkommenden Bereich 5-15mm ausgeschlossen werden, was das Troubleshooting deutlich vereinfacht.
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Anhand von Ausführungsbeispielen werden weitere vorteilhafte Ausprägungen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die genannten Merkmale können nicht nur in der dargestellten Kombination vorteilhaft umgesetzt werden, sondern auch einzeln untereinander kombiniert werden. Die Figuren zeigen im Einzelnen:
- 1 zeigt einen Ausschnitt einer Walze, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist
- 2 zeigt einen Ausschnitt einer Walze gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung.
- 3 zeigt einen Ausschnitt einer Walze gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung.
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Mit dem Begriff „gummielastisches Material“ sollen auch bei den in den Figuren gezeigten Beispielen Elastomere umfasst sein, wie z.B. Gummi aber auch andere Elastomere wie z.B. Polyurethane, insbesondere ein sogenanntes „Mahlbares Polyurethan“ (millable PU). Zudem sollen aber alle Arten von Gummi mit dem Begriff „gummielastisches Material“ umfasst sein. Insbesondere auch sogenannte Hartgummis, die zu den Duroplasten gezählt werden.
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1 zeigt eine Walze, die nach dem bekannten Stripbuilding Verfahren hergestellt ist. Dabei ist auf einen Walzenkern 1 als Unterlage 1 eine Lage 2 aus Gummi als Teil des Walzenbezugs dargestellt. Diese Lage 2 ist aus Strangmaterial 3 aufgebaut, das in mehreren Windungen 4.1, 4.2, ...4.n auf den Walzenkern 1 abgelegt ist. Benachbarte Windungen 4.1, 4.2, ...4.n überlappen sich dabei, so dass die Unterseiten 6 der einzelnen Windungen 4.1, 4.2, ...4.n teilweise auf dem Walzenkern 1 und teilweise auf der Nachbarwindung 4.1, 4.2, ...4.n in Kontakt stehen. Auf diese Weise werden Lagen 2 erzeugt, deren Dicke ein Mehrfaches der Höhe h des Strangmaterials 3 entsprechen. Bei dem in 1 gezeigten Beispiel ist die Lagenhöhe doppelt so hoch, wie die Höhe h. In anderen Ausführungen können sich aber auch drei, vier oder mehr Windungen 4.1, 4.2, ...4.n überlagern und eine entsprechend große Lagendicke erzeugen.
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2 zeigt demgegenüber einen Ausschnitt einer Walze gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung. Die Querrichtung in der Figur ist in der Regel auch die Achsenrichtung, bzw. Querrichtung (CD) der Walze.
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Dabei ist wieder auf einen Walzenkern 1 als Unterlage 1 eine Lage 2 aus Gummi als Teil des Walzenbezugs dargestellt. Das Strangmaterial 3 ist in Windungen 4.1, 4.2 aufgebracht. Dabei weist das Strangmaterial 3 einen Querschnitt in Form eines Parallelogramms auf. Die Oberseite 5 stellt dabei die Oberseite der Lage 2 dar während die Unterseite 6 auf der Unterlage 1 aufgebracht ist und aus ausschließlich mit dieser in Kontakt steht. Zwei benachbarte Windungen 4.1, 4.2 sind dabei direkt nebeneinander angeordnet, dass jeweils die erste Seitenfläche 7.1 der einen Windung 4.1 mit der zweiten Seitenfläche 7.2 der benachbarten Windung 4.2 in Kontakt steht. Die Seitenflächen 7.1, 7.2 des Parallelogramms schließen mit der Unterlage 1 einen Winkel α ein. Dieser Winkel α beträgt vorteilhafterweise mehr als 45°, insbesondere zwischen 55° und 75°. Ein Winkel von 90° ist prinzipiell auch möglich. Der Winkelbereich zwischen 55° und 75° stellt jedoch in gewissem Sinne ein Optimum dar, da zu flache Winkel das genaue Aufbringen der Windungen 4.1, 4.2,... 4.n schwieriger machen. Bei zu steilen Winkeln hingegen ist eine Verbindung benachbarter Windungen über die Seitenflächen 7.1, 7.2 nicht so leicht zu erzielen, da beim Auflegen die Seitenflächen nicht sauber nebeneinander zu liegen kommen.
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2 zeigt eine vorteilhafte Ausführung, bei der die Breite b der Unterseite 6 des Strangmaterials 3 in Achsrichtung der Walze größer ist als die Höhe h.
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Häufig liegt die Breite b im Bereich zwischen 50 mm und 180mm. Die Höhe h des Strangmaterials 3 ergibt die Dicke der Lage 2 aus gummielastischem Material, da auf eine Überlappung der Windungen 4.1, 4.2 verzichtet wird.
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Daher wird die Höhe (h) üblicherweise mehr als 4mm betragen, insbesondere zwischen 5mm und 30mm liegen. Möchte man eine größere Materialdicke als 30mm im Walzenbezug erreichen so kann es verfahrenstechnisch einfacher oder sinnvoller sein, eine zweite Lage aus gummielastischem Material aufzutragen, als die Stranghöhe deutlich über 30mm zu erhöhen.
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Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn das Strangmaterial 3 eine Breite (b) und eine Höhe (h) aufweist, wobei die Breite (b) größer ist, insbesondere mehr als doppelt so groß, bevorzugt mehr als viermal so groß ist wie die Höhe (h).
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3 zeigt eine Ausführung gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung. Die Ausführung von 3 unterscheidet sich von der in 2 dadurch dass die Lage 2aus gummielastischem Material, welche die radial äußerste Lage des Walzenbezugs bildet, Rillen 8 und/oder Bohrungen 8 aufweist. Diese werden in der Regel nach einem vorgegebenen Muster von außen in den Walzenbezug eingebracht, z.B. gefräst oder gebohrt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Unterlage, Walzenkern
- 2
- Lage aus Gummi
- 3
- Strangmaterial
- 4.1, 4.2,...4.n
- Windung
- 5
- Oberseite
- 6
- Unterseite
- 7.1
- erste Seitenfläche
- 7.2
- zweite Seitenfläche
- 8
- Rille, Bohrung
- b
- Breite
- h
- Höhe
- (α)
- Winkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2981647 B1 [0004]
- DE 202011107518 U1 [0005]
- DE 202011107518 [0006, 0007]
