-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Foil, einen Saugkastendeckel oder ein entsprechendes Entwässerungselement, insbesondere für eine Sieb- oder Pressenpartie einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn, wie Papier-, Karton- oder Tissuebahn, mit einem metallischen Grundkörper und einer verschleißresistenten, keramischen Beschichtung. Ferner betrifft die Erfindung eine Siebpartie mit einem solchen Foil, Saugkastendeckel oder entsprechenden Entwässerungselement.
-
Bisher ist es gängig, Foils, Saugkastendeckel oder entsprechende Entwässerungselemente aus gesinterten, keramischen Elementen zu bilden, die auf Trägerelemente, welche zum Beispiel aus einem Glasfaserverbundwerkstoff bestehen können, aufgeklebt werden. Dabei ist eine intensive Schleifbearbeitung notwendig, um die gewünschte, endgültige Form zu erzielen. Die Herstellung ist entsprechend aufwendig und teuer.
-
Merklich einfacherer ist es, einen metallischen Grundkörper zu verwenden, welcher sich relativ einfach bereits mit der im Wesentlichen endgültigen Form herstellen lässt, und diesen Grundkörper dann mit einer keramischen Verschleißschutzschicht zu versehen, wie es zum Beispiel in der Patentschrift
EP0817885B1 vorgeschlagen wird.
-
Jedoch hat sich in der Praxis gezeigt, dass derartige Foils, Saugkastendeckel oder entsprechende Entwässerungselemente mit einem metallischen Grundkörper und einer keramischen Beschichtung nur eine relativ kurze Lebensdauer aufweisen.
-
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die zuvor genannten Probleme zu lösen oder zumindest zu verringern. Insbesondere sollen Foils, Saugkastendeckel oder entsprechende Entwässerungselemente bereitgestellt werden, die möglichst einfach zu fertigen sind und gleichzeitig eine hohe Lebensdauer aufweisen.
-
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass zwischen dem metallischen Grundkörper und der keramischen Beschichtung eines eingangs genannten, gattungsgemäßen Foils, Saugkastendeckels oder entsprechenden Entwässerungselements wenigstens eine Zwischenschicht angeordnet ist. Die Erfinder haben erkannt, dass die kurze Lebensdauer maßgeblich auf wenigstens eines der beiden folgenden Phänomene zurückzuführen ist: Zum einen kann es zu Spannungen, insbesondere mechanischen Zugspannungen, zwischen dem metallischen Grundkörper und der keramischen Beschichtung kommen, welche zu einem Abplatzen der keramischen Beschichtung führen. Zum anderen kann es zu Korrosionserscheinungen an dem metallischen Grundkörper kommen, da dieser nicht, oder zumindest nur unzulänglich von der keramischen Beschichtung geschützt wird. Auch hierdurch kann es zu einer Zerstörung bzw. einem Abplatzen der keramischen Schicht kommen. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn der metallische Grundkörper aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet ist und die keramische Beschichtung relativ dünn ausgebildet ist. In diesem Fall weist die keramische Beschichtung poröse Eigenschafen auf und schützt den metallischen Grundkörper kaum vor den aggressiven Umgebungseinflüssen, die typischer Weise zum Beispiel in der Siebpartie einer Papiermaschine herrschen.
-
Durch das Vorsehen wenigstens einer geeigneten Zwischenschicht zwischen dem metallischen Grundkörper und der keramischen Beschichtung können entsprechende Spannungen vermieden oder zumindest stark reduziert werden. Die Schicht kann Spannungen, insbesondere Zugspannungen, aufnehmen. Zudem kann die Zwischenschicht den metallischen Grundkörper effektiv vor Korrosion schützen.
-
Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die wenigstens eine Zwischenschicht eine metallische Zwischenschicht ist, welche vorzugsweise Nickel und/oder Chrom umfasst oder daraus gebildet ist. Beispielsweise kann eine Vernickelung chemisch oder galvanisch erfolgen, wobei sich die chemische Vernickelung gegenüber der galvanischen Vernickelung durch eine besonders gleichmäßige Schichtdicke auch bei komplizierten geometrischen Formen des metallischen Grundkörpers auszeichnet.
-
Eine planparallele Beschichtung ist damit möglich, was die Oberflächenqualität bei der keramischen Beschichtung erhöht.
-
Zudem weist die chemische Vernickelung den Vorteil einer sehr großen Härte der zu erzielenden Nickelschicht auf. In Anhängigkeit vom Phosphorgehalt des Elektrolyts können Eigenschaften der Zwischenschicht, wie insbesondere die Härte, bestimmt werden. Durch den Einbau von Phosphor werden ferner die Korrosionsschutzeigenschaften signifikant verbessert. Üblicherweise werden Elektrolyte mit einem Phoshorgehalt von 1-4% oder 5-9% oder vorzugsweise sogar von mehr als 10% verwendet.
-
Es können auch sowohl eine Nickelschicht als auch eine Chromschicht auf den metallischen Grundkörper aufgebracht werden. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn unmittelbar auf den metallischen Grundkörper eine Nickelschicht und unmittelbar auf die Nickelschicht eine Chromschicht aufgebracht wird.
-
Vorzugsweise weist die wenigstens eine Zwischenschicht eine Vickershärte von über 800 HV 10 auf, weiter bevorzugt zwischen 900 HV 10 und 1100 HV 10. „HV“ steht dabei für das Härtemessverfahren nach Vickers und die „10“ dahinter für die Prüfkraft in Kilopond. Solch große Härten können etwa durch eine Wärmebehandlung, auch als „Tempern“ bezeichnet, der Zwischenschicht, etwa einer Nickelschicht, erreicht werden.
-
Um Gewicht, Material und somit auch Kosten zu sparen, kann der metallische Grundkörper eine Skelettstruktur aufweisen, welche vorzugsweise mittels additiver Fertigung hergestellt ist. Solche aus der Bionik bekannten Skelettstrukturen, wie zum Beispiel Bienenwaben, zeichnen sich durch ein geringes Gewicht bei gleichzeitig großer Stabilität aus. Die metallische Skelettstruktur kann beispielsweise mittels eines 3D-Druckverfahrens hergestellt werden. Dabei kann ein Laser selektiv Metallstaub schichtweise aufschmelzen, welches dann beim Erstarren die gewünschte Struktur ergibt. Während die Struktur vorzugsweise in ihrem Inneren möglichst viel Hohlraum aufweist, ist es vorteilhaft, wenn ihre äußere Hülle oder Haut möglichst geschlossen ist, insbesondere in den zu beschichtenden Bereichen.
-
Besonders dann, wenn der metallische Grundkörper Aluminium umfasst oder daraus gebildet ist, kommen die Vorteile der vorliegenden Erfindung besonders gut zum Tragen. Aluminium ist sehr leicht und lässt sich relativ einfach verarbeiten, zum Beispiel gießen. Gleichzeitig ist Aluminium jedoch wenig korrosionsbeständig, so die erfindungsgemäße Zwischenschicht das Aluminium vor Korrosion schützt, selbst dann, wenn die keramische Beschichtung dünn ausgebildet ist. Alternativ kann die metallische Grundstruktur aber auch aus anderen Materialien bestehen, wie zum Beispiel Edelstahl.
-
Prinzipiell kann die keramische Beschichtung eine Oxidkeramik umfassen oder daraus gebildet sein. Oxidkeramiken sind unter anderem Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Titanoxid, ZTA bzw. ATZ-Keramiken, Mischoxide, Spinell, Perowskite, Yttrium-Aluminium-Granat, Ferrite und Borsuboxid. Es hat sich jedoch als vorteilhaft erwiesen, wenn die keramische Beschichtung eine Nichtoxidkeramik umfasst oder daraus gebildet ist. Nichtoxidkeramiken sind unter anderem Siliciumnitrid, Siliciumcarbid, Borcarbid, Bornitrid, Aluminiumnitrid, Übergangsmetallcarbide und - boride (TiC, ZrC, TiB2). Vorzugsweise umfasst die keramische Beschichtung eine Nitridkeramik oder ist daraus gebildet. Dabei ergibt sich eine besonders gute Oberflächenqualität.
-
Zur Verbesserung der Oberflächenqualität kann es auch vorgesehen sein, den metallischen Grundkörper vor dem Beschichten mechanisch zu bearbeiten, insbesondere zu schleifen und/oder zu polieren. Alternativ oder zusätzlich kann es vorgesehen sein, nach jedem Beschichtungsschritt die Oberfläche der jeweiligen Schicht mechanisch zu bearbeiten, insbesondere zu schleifen und/oder zu polieren, zum Beispiel elektrozupolieren.
-
Die keramische Beschichtung kann eine Schichtdicke von 5µm bis 4000µm, wobei auch größere Schichtdicken prinzipiell möglich sind. Insbesondere große Schichtdicken können durch mehrfaches Auftragen erreicht werden.
-
Für die Herstellung der keramischen Beschichtung hat sich in der Praxis das Spritzverfahren als vorteilhaft erwiesen. Insbesondere kann ein Flammspritzbeschichtungsverfahren oder ein Plasmabeschichtungsverfahren gewählt werden.
-
Das Foil, der Saugkastendeckel oder das entsprechende Entwässerungselement wird in der Regel eine Laufkaufkante umfassen, also eine Kante, auf welche im bestimmungsgemäßen Gebrauch eine Bespannung, wie ein Formiersieb oder ein Pressfilz, aufläuft oder von der es abläuft. Diese Kante bzw. diese Kanten ist/sind besonders hohem Verschleiß ausgesetzt und sollte/n daher besonders verschleißbeständig und sorgfältig gearbeitet sein. Die wenigstens eine Laufkante weist dabei vorzugsweise einen Radius zwischen 0,05mm und 5mm, weiter bevorzugt zwischen 0,25mm und 3mm, noch weiter bevorzugt zwischen 0,5mm und 2mm, auf. Die Erstellung solcher Radien ist mittels der Spritzverfahren für die keramische Beschichtung kein Problem.
-
Es hat sich ferner als vorteilhaft erwiesen, wenn der metallische Grundkörper im Bereich der wenigstens einen Laufkante eine konkave Ausnehmung aufweist. Auf diese Weise wird Platz geschaffen, um eine größere Schichtdicke für die verschleißbeständige, keramische Beschichtung bereitzustellen. Dies ist besonders vorteilhaft für die vordere Laufkante, an der die Bespannung aufläuft.
-
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Siebpartie einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn, wie Papier-, Karton- oder Tissuebahn, umfassend wenigstens ein Foil, einen Saugkastendeckel oder ein entsprechendes Entwässerungselement gemäß der vorherigen Beschreibung.
-
Die Siebpartie kann zum Beispiel in Form eines Fourdrinier- oder Hybrid- oder Gap-Formers ausgebildet sein.
-
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Siebpartie dabei ein zuvor beschriebenes Foil, welches hinsichtlich Höhe und/oder Winkel verstellbar ausgebildet ist. Insbesondere kann es dazu ausgebildet sein, im bestimmungsgemäßen Betrieb verstellt zu werden, beispielsweise auf Basis eines oder mehrerer Signale von einem oder mehreren Messgebern.
-
Das Foil kann zum Beispiel auf einem Entwässerungskasten montiert sein. Es kann hierzu einen Unterbau aufweisen, mit dem es verklebt oder anderweitig befestigt ist, zum Beispiel mittels einer Feder-Nut-Verbindung.
-
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Foils, Saugkastendeckels oder entsprechenden Entwässerungselements besteht darin, dass sich dieses relativ einfach reparieren lässt. Ist zum Beispiel die keramische Beschichtung verschlissen, so kann eine Reparatur relativ einfach durch Neubeschichtung stattfinden.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer und nicht maßstabsgetreuer Zeichnung weiter erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform;
- 2 eine schematische Darstellung einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform;
- 3 eine schematische Darstellung einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform;
- 4 eine schematische Darstellung einer vierten erfindungsgemäßen Ausführungsform; und
- 5 eine schematische Darstellung einer fünften erfindungsgemäßen Ausführungsform.
-
1 zeigt ganz schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in Form eines Foils 10 für eine hier nicht dargestellte Siebpartie einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn. Das Foil 10 umfasst in seinem Inneren einen metallischen Grundkörper 12, welcher vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung gebildet ist und in seinem Inneren eine Skelettstruktur, d.h. eine Struktur mit Hohlräumen, aufweist. Im bestimmungsgemäßen Betrieb wird oben über das Foil 10 ein Formiersieb geführt, wobei das Foil 10 eine Laufkante 14, insbesondere Auflaufkante 14, umfasst, auf die das Formiersieb zuerst aufläuft. Die Laufkante 14 weist einen definierten Radius auf. Der obere Bereich des Foils 10, über welche das Formiersieb geführt wird, ist zudem mit einer verschleißbeständigen, keramischen Beschichtung 16 versehen. Diese kann zum Beispiel aus Siliziumkarbid bestehen und durch Plasmaspritzen aufgetragen worden sein.
-
Erfindungsgemäß ist zwischen dem metallischen Grundkörper 12 und der keramischen Beschichtung 16 ferner wenigstens eine Zwischenschicht 18 vorgesehen. Diese Zwischenschicht 18 kann hier zum Beispiel eine Hart-ChromSchicht sein, welche sowohl zum Abbau von Spannungen zwischen dem metallischen Grundkörper 12 und der keramischen Beschichtung 16 dient, als auch zum Schutz des metallischen Grundkörpers 12 vor Korrosion.
-
2 zeigt schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, ebenfalls in Form eines Foils 10. Das zweite Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel, so dass auf die obige Beschreibung verwiesen wird und nachfolgend nur die Unterschiede beschrieben werden. Für dieselben Merkmale werden zudem dieselben Bezugszeichen verwendet. Auf die Darstellung der Zwischenschicht 18 wurde in 2 der Einfachheit halber verzichtet.
-
Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 weist der metallische Grundkörper 12 im zweiten Ausführungsbeispiel im Bereich der Laufkante 14, nämlich Einlaufkante 14, eine konkave Ausnehmung 20 auf. Diese konkave Ausnehmung 20 bietet Platz für eine Materialansammlung 22 von dem keramischen Material der keramischen Beschichtung 16. Man könnte auch sagen, dass durch die konkave Ausnehmung 20 eine größere Schichtdicke für die verschleißbeständige, keramische Beschichtung 16 bereitgestellt werden kann. Auf diese Weise wird die besonders verschleißanfällige Laufkante 14 optimal geschützt.
-
Die 3, 4 und 5 zeigen respektive eine dritte, vierte und fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese Ausführungsformen entsprechen weitgehend der zweiten Ausführungsform gemäß 2, so dass auf die obige Beschreibung verwiesen wird und nachfolgend nur die Unterschiede beschrieben werden. Für dieselben Merkmale werden zudem dieselben Bezugszeichen verwendet. Auf die Darstellung der Zwischenschicht 18 wurde der Einfachheit halber wieder verzichtet.
-
Zum einen unterscheiden sich die dritte, vierte und fünfte Ausführungsform darin von der zweiten Ausführungsform, dass das jeweilige Foil zweiteilig aufgebaut ist, wobei in den 3, 4 und 5 jeweils nur der obere Teil dargestellt ist. Der nicht dargestellte untere Teil kann aus einem anderen Werkstoff als der metallische Grundkörper 12 gebildet sein, nämlich zum Beispiel aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff. Die beiden Teile können stoffschlüssig miteinander verbunden sein, insbesondere miteinander verklebt werden, und/oder formschlüssig miteinander verbunden werden, zum Beispiel durch eine T-Nut, und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden werden, zum Beispiel mit einer Schraubverbindung.
-
Zum anderen unterscheiden sich die dritte, vierte und fünfte Ausführungsform sowohl untereinander als auch zumindest teilweise von der zweiten Ausführungsform darin, dass die konkave Ausnehmung 20 des metallischen Grundkörpers 12 unterschiedlich ausgebildet ist und damit auch die Form bzw. Menge der Materialansammlung 22 der keramischen Beschichtung 16, die in dieser Ausnehmung 20 aufgenommen ist. Im dritten Ausführungsbeispiel weist die konkave Ausnehmung 20 eine im Wesentlichen halbkreisförmige Schnittkontur auf, wohingegen sie im vierten und fünften Ausführungsbeispiel jeweils eine eckige Schnittkontur aufweist. Ferner unterscheidet sich die fünfte Ausführungsform von der vierten Ausführungsform darin, dass die Materialansammlung 22 in der fünften Ausführungsform vorne eine Verrundung bzw. einen Radius aufweist.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Foil
- 12
- metallischer Grundkörper
- 14
- Laufkante
- 16
- keramische Beschichtung
- 18
- Zwischenschicht
- 20
- konkave Ausnehmung
- 22
- Materialansammlung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
