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Mit Polyurethan-Gummi beschichtete Walze und Verfahren zur Herstel1un
einer solchen Walze Die Erfindung betrifft eine mit Polyurethan-Gummi beschichtete
Walze zur Verwendung beispielsweise in der Papier-, Textil-, Eisen- und Stahlindustrie
o.dgl.. Insbesondere -betrifft die Erfindung eine mit Polyurethan-Gummi beschichtete
Walze mit einem metallenen Walzenkern, an welchem durch Aufwickeln vorher mit einer
wärmehärtenden Harzlösung imprägnierte, eine Grundschicht bildende Fasern befestigt
sind, wobei diese Grundschicht vor oder nach dem Aushärten der Harzlösung mit oder
ohne Aufbringung eines Bindemittels auf die Oberfläche durch Formguß mit einer Polyurethan-Gummischicht
versehen wird.
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Herkömmliche Walzenkerne, insbesondere diejenigen größerer Abmessungen,
die wegen der damit verbundenen niedrigeren Herstellungskosten bisher fast ausschließlich
aus Gußeisen hergestellt wurden, besitzen bekanntermaßen gewisse Nachteile, wie
die Sprödheit des Werkstoffs und das Vorhandensein von Poren in der Oberfläche,
welche Blasen in der Bindemitteischicht entstehen lassen, durch welche die Verbindungsfestigkeit
zwischen der Walze und der Polyurethan-Gummischicht herabgesetzt wird.
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Neben diesem Gußeisen-Walzenkern werden auch Walzenkerne aus rostfreiem
Stahl, Bronze oder Aluminium verwendet. Diese
Walzenkerne besitzen
höhere Festigkeit und Qualität als die Gußeisen-Walzenkerne und verursachen keine
Poren in der Oberfläche. Infolge ihrer hohen Beständigkeit gegenüber Chemikalien
besitzen derartige Walzenkerne Jedoch ein mangelhaftes Bindevermögen gegenüber der
Polyurethan-Gummischicht. Außerdem besitzt Polyurethan-Gummi hohe Festigkeit sowie
hohe Abrieb- und Reißbeständigkeit, welche normalerweise die Verbindungsfestigkeit
zwischen dem aus Gußeisen, rostfreiem Stahl, Bronze, Aluminium o.dgl.
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bestehenden Walzenkern und dem Polyurethan-Gummi Ubersteigen, so daß,
wenn herkömmliche, Metallkerne verwendende, mit Polyurethsn-Gummi überzogene Walzen
unter starker B-lastung und mit hohen Drehzahlen arbeiten, die Polyurethan Gummischicht
zu einer Ablösung vom Walzenkern neigt, bevor sie reißt.
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Zur Ausachaltung der Ursachen für diese Nachteile wurde bereits vorgeschlagent
einen Walzenkern mit einer rauheren Oberfläche zu verwenden und zum zweiten eine
Ebonit-bzw. Hartgummischicht auf der Walzenoberfläche auszubilden.
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Das erstgenannte Verfahren hatte jedoch nicht den gewünschten Erfolg,
da infolge der rauhen Oberfläche Blasen in der Bindemittelschicht entstanden, so
daß sich die Beschichtung ablöste, während sich das zweitgenannte Verfahren deshalb
als unzufriedenstellend erwies, weil es sich beim Aufgießen von Polyuretha;n-Gwnmi
auf die Ebonit- bzw. Hartgummischicht als äußerst schwierig zeigte, eine Polyurethan-Gummischicht
mit der Festigkeit von Hartgummi entsprechender Festigkeit auszubilden, wobei es
infolge des großen Festigkeitsunterschieds zwischen diesen beiden Werkstoffen praktisch
unmöglich wurde, die Hartgummischicht mit der Polyurethan-Gummischicht zu verbinden,
ohne das Risiko einer Ablösung der Polyurethan-Gummischicht im Betrieb
unter
starker Belastung und bei hohen Drehzahlen eizugehen.
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Mit den beiden vorgenannten Abhilfemaßnahmen konnten somit keine zufriedenstellenden
Ergebnisse erzielt werden.
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Aufgabe der Erfindung ist mithin in erster Linie die ttber-Windung
der genannten, den herkömmlichen mit Polyurethan-Gummi beschichteten Walzen anhaftenden
Nachteile und die Schaffung einer verbesserten Walze dieser Art, an welcher durch
Herumwickeln vorher mit einer wärmehärtenden Harzlösung imprägnierte Fasern befestigt
sind, wobei die Oberfläche der auf diese Weise gebildeten Grundschicht vor oder
nach dem Aushärten der Harzlösung durch Formgieren mit einer PoIyurethan-Gnmischicht
mit oder ohne Verwendung eines Bindemittels versehen wird, und wobei das auf diese
Weise hergestellte Erzeugnis keinem Ablösen der Gummischicht vom Walzenkern unterworfen
ist.
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Diese aufgabe läßt sich erfindungsgemäß dadurch lösen, daß Fasern,
wie Glasfasern, Nylonfasern, Polyesterfasern, in einer Lösung aus einem wärmehärtenden
Kunstharz, wie Epoxyharz, Polyesterharz, Diallylphthalat, getränkt und die auf diese
Weise inprägnierten Fasern in der richtigen Dicke durch Aufwickeln an der Oberfläche
eines Walzenkerns befestigt rerden, so daß auf dem Walzenkern eine Schicht aus mit
der Harzlösung imprägnierten Fasern gebildet wird, wobei die Oberfläche dieser Pasersohicht
vor oder nach dem jushärten derselben mit oder ohne Bindamittel mit einer durch
Formgi eß en aufgebrachten Poly':irethan-Gummis chicht versehen wird und diese drei
Teile, d.h. Walzenkern, die Faserschicht und die Polyurethan-Gummischicht, durch
eine perfekte Bindung zu einem featen körper vereinigt werden.
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Eine derartige, mit Polyurethan-Gummi beschichtete Walze
läßt
sich erfindungsgemäß unter Verwendung eines Gußeisen-Walzenkerns herstellen, dessen
Sprödheit- durch die Strukturfestigkeit ausgeglichen wird, welche der Walze durch
die Verstärkung bzw. Armierung mittels der perfekten Bindung der Faserschicht mit
dem Walzenkern verliehen wird; diese Bindung beruht auf der beim Aufwickeln der
Fasern ausgeübten Druckkraft sowie auf der festeren Verbindung der Fasern untereinander
infolge des in sie eingebrachten wärmehärtenden Kunstharzes, so daß die Schaum-
bzw. Blasenbildung zwischen dem Walzenkern und der Faserschicht vollstældig ausgeschaltet
wird.
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Der Walzenkern kann aber auch aus einem anderen Werkstoff als Gußeisen,
beispielsweise aus rostfreiem Stahl, Aluminium oder Bronze bestehen, welcher bekanntlich
gegenüber der Wirkung eines Bindemittels beständig ist, und dennoch kann ane Polyurethan-Gummischicht
unter Gewährleistung einer festen Bindung auf der Oberfläche einer Grundschicht
ausgebildet werden, welche aus mit wärmehärtendem Kunstharz imprägnierten Fasern
gebildet wird, wodurch die Ursachen für ein Ablösen der Kunstharzschicht ausgeschaltet
werden.
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Ein anderes Erfbidungsziel bezieht sich auf die Schaffung eines Verfalirens
zur Herstellung von mit Polyurethan-Gummi beschichteten Walzen bei niedrigeren Herstellungskosten
durch Einsparungen an der Dicke der teuereren Polyurethan-Gumuischicht zugunsten
der billigeren Faserschicht bei gleichzeitiger Verstärkung der Verbindung zwischen
der Polyurethan-Gummischicht und der Faserschicht. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß ein wärmehärtendes Kunstharz Zum Imprägnieren der Fasern verwendet
wird.
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Im folgenden ist die Erfindung in Verbindung mit bevorzugten Ausführungsbeispielen
anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Pig. 1 eine schematische Querschnittansicht
zur Veranschaulichung der Art und Weise der Anbringung der Fasern durch Herwuwickeln
um die Walze, Fig. 2 einen lotrechten Schnitt durch die Walze und eine Gießform,
Fig. 3 einen iängsschnitt durch eine mit Polyurethan-Gummi beschichtete Walze mit
den Merkmalen der Erfindung und Pig. 4 eine teilweise weggeschnittene perspektivische
Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Walze.
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Die Erfindung schafft eine verbesserte mit Polyurethan-Gummi beschichtete
Walze, die beispielsweise in der Papier-, der Textil- oder der Eisen- und Stahlindustrie
verwendet werden kann.
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Der in Fig. 1 dargestellte Walzenkern 1 besteht beispielsweise aus
Gußeisen, rostfreiem Stahl; Bronze, Aluminium o.dgl. und wird in Drehung versetzt,
um durch Aufwickeln mit Fasern 4, beispielsweise Glas-, Nylon-oder Polyesterfasern,
besetzt zu werden. Diese Fasern 4 werden vor dem Aufwickeln vollstandig mit einem
wärmehärtenden Kunstharz, wie Epoxy, Polyester oder Diallylphthalat, getränkt, indem
sie in eine Lösung dieses Kunstharzes eingetaucht werden, wobei um den Walzenkern
1 herum eine Faserschicht 2 der gewunschten
Dicke außgebildet wird.
Diese die Faserschicht 2 tragende Walze wird sodann vor oder nach dem Aushärten
des wärmehärtenden Kunstharzes, mit oder ohne entsprechende Oberflächenbearbeitung
sowie mit oder ohne Auftragung eines Bindemittels auf die Oberfläche in eine in
Fig. 2 dargestellte Gießform 7 eingebracht, in welche anschließend Polyurethanharz
eingegossen wird, so daß sich um die Walze herum eine Polyurethan-Gummischicht 3
bildet.
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Im folgenden ist die Herstellung der mit Polyurethan-Gummi beschichteten
Walze anhand von mehreren Beispielen näher erläutert.
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BeisPiel 1 Eine mit Polyurethan-Gummi beschichtete Walze wurde aus
folgenden Bestandteilen hergestellt: Gußeisen-Walzenkern von 2 m Länge und 600 mm
Durchmesser (empfohlenes Längen/Durchmes ser-Verhältnis im allgemeinen c5). Verformungaprüfung
1 x 10'6 maximal. Rilleneinschnitte im Umfang auf Abständen von 2,5 mm.
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Fasern: Glasfaser-Vorgespinst aus 9 /u-Glasfas ern, die vorher mittels
Volan-Behandlung behandelt worden waren.
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Wärmehärtendes Kunstharz: Epoxyharz (Lösung eines Gemisches aus 100
Teilen Epikote 815 der Shell Oil Co. und 10 Teilen Triäthylentetramin.) Gemäß Fig.
1 nimmt der Walzenkern 1 mittels einer Aufwickelbewegung die Fasern 4 auf, die im
Gewichtsverhältnis von 2 Teilen Fasern zu einem Teil Kunstharz mit Epoxyharz imprägniert
worden
sind, während gleichzeitig eine Zugspannung von 10 kg ausgeübt wird, bis die Faserschicht
2 eine Dicke von 4 mm erreicht hat. Nach dieser Behandlung wurde die nunmehr mit
der Faserschicht versehene Walze in die Gießform eingebracht, in welcher aui die
Faserschicht eine 25 mm dicke Polyurethan-Gummischicht aufgegossen wurde.
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In den Zwischenraum zwischen der Formwand und der Walze wurde eine
Sußlösung aus einem Polyurethan-Elastomeren eingeschüttet, die aus 100 Teilen Adiprene
L-100 (DuPont)und 12 Teilen Methylenbisco-O-chloranilin bestand. Nach dem Aushärten
der Gußmasse durch 10 Std. langes Trocknen bei 10000 wurde die Walze auf Raumtemperatur
abgektihlt und aus der Gießform entnommen und anschlieMend wurde die Oberfläche
durch Schleifen endbearbeitet, bis die das Endprodukt bildende Walze eine Polyurethan-Gumnischicht
3 von 20 mm Dicke besaß.
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Es eigte sich, daß die als Endprodukt erhaltene, mit Polyurethan-Gummi
beschichtete Walze Betriebsbelastungen von 240 kg/cm und Drehzahlen von 100 U/min
bei Normaltemperatur zu widerstehen vermochte. Ein Normalprobemuster der mit Polyurethan-Gummi
beschichteten Walze, deren Polyurethan-Gummischicht mittels eines Bindemittels vom
Isocyanat-Typ ohne Verwendung der mit Kunstharz imprägnierten Baserschicht unmittelbar
am Walzenkern befestigt war, zeigte eine Ablösung der l]mmischicht bei einer Belastung
von 160 k/cm unter sonst gleichen Bedingungen.
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BeisPiel 2 Bei diesem Beispiel wurde eine mit Polyurethal beschichtete
Walze aus folgenden Bestandteilen hergestellt:
Gußeisenwalzenkern
von 2 m Länge und 300 mm Durchmesser.
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Durchbiegungsprüfung im maximalen Bereich von 1 x 10 6 bis 1 x 10
4. In die Umfangsfläche eingestochenes Schraubengewinde mit einer Steigung von 1
- 6 mm.
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Fasern: Durch die Pirma Nitto Bo, Ltd. hergestelltes Glasfaser-Vorgespinst
aus Glasfasern vom Typ GYR-60-FWE.
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Wärmehärtendes Kunstharz: Epoxyharz; Gemisch aus einer Lösung aus
100 Teilen Araldite GY-250, 80 Teilen saurem Anhydrid-Härter HHPA und 2 Teilen Beschleuniger,
nämlich tert. Amin BDMA.
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Auf die auf vorher beschriebene Weise behandelte Walze wurden die
Fasern 4, welche im Gewichtsverhältnis von 40.60 bis 80:20 imprägniert worden waren,
unter einem Schrägungswinkel von 500 unter abwechselnder lagenweiser Richtungsumkehr
aufgewickelt, wobei eine Zugspannung von 10 kg zur Faserachse angelegt wurde. Das
Aufwickeln wurde so lange fortgesetzt, bis eine Faserschichtdicke von 2 - 5 mm erreicht
war. Anschließend wurde die Paserschicht der Walze durch vierstündige Wärmebehandlung
bei 10000 und fünfstündige Behandlung bei 1500C, also insgesamt 9 Std. lang,ausgehärtet
und die Oberfläche der Faserschicht 2 auf einer Drehbank zwecks Hervorbringung einer
glatten Oberfläche abgedreht. Das auf diese Weise erhaltene Halbprodukt wurde in
aufrechte Lage gebracht, an seiner Oberfläche mit einem Klebmittel 6 auf Isocyanat-Basis
versehen und in die Gießform eingebracht, deren Zwischenraum auf die in Beispiel
1 beschriebene Weise mit einem Polyurethan-Elastomeren gefüllt wurde. Sodann wurde
die Beschichtung 5 Std. lang bei 1000C ausgehärtet. Nach der in Beispiel 1 beschriebenen
Oberflächenbearbeitung war die mit Polyurethan-
Gummi beschichtete
Walze fertiggestellt. Die fertiggestellte Walze war frei von jeglichen Rissen, wie
sie in der mit Kunstharz imprägnierten Faserschicht infolge von Verformungen des
Walzenkerns auftreten können.
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Beispiel 3 Eine mit Polyurethan-Gummi beschichtete Walze wurde aus
folgenden Bestandteilen hergestellt: Aluminium-Walzenkern von 2 m Länge, 40 mm Wandstärke
und 600 mm Außendurchmesser.
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Fasern: Polyäthylenterephthalat-Vorgespinst, 20 Denier.
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Wärmehärtendes Kunstharz: Epoxydharz, wie bei Beispiel 1.
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Die im Gewichtsverhältnis von 1:1 mit Kunstharz imprägnierten Fasern
wurden unter Anlegung einer Zugspannung von 10 kg am Walzenumfang auf den Aluminium-Walzenkern
aufgewickelt.
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Das Aufwickeln wurde bis zu einer Faserschicht dicke von 3 mm fortgesetztS
worauf die mit Kunstharz imprägnierte Faserschicht ausgehärtet wurde, indem sie
2 Std. lang bei Raumtemperatur belassen wurde. Anschließend wurde die mit Polyurethan-Gummi
beschichtete Walze nach dem Pormgießverfahren gemäß Beispiel 2 hergestellt. Die
so erhaltene, mit Polyurethan-Gummi beschichtete Walze war frei von jeg-Scher Ablösung
der Gummischicht vom Alumlnium-Walzenkern.
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Beispiel 4 Die in diesem Beispiel hergestellte Walze bestand aus folgenden
Bestandteilen:
Walzenkern aus rostfreiem Stahl oder Bronze: Saugwalze
zur Verwendung bei einer Papiermaschine; 3,5 m Länge, 30 mm Wandstärke und 500 mm
AuBendurchmesser mit 90 000 Löchern von jeweils 3 mm Durchmesser, gesamtflächig
perforiert, und mit 1 mm tiefen, 3 mm Abstand voneinander besitzenden Rillen.
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Fasern: Glasfaser-Kreuzband ECB-9230-65 aus nicht-alkari schen Glasfasern,
von 0,23 mm Dicke und 65 mm Breite, hergestellt durch die Firma Nitto Bo, und Glasfaser-Vorgespinst
GYR-60-FWE, hergestellt durch die Pirma Nitto Bo.
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Wärmehärtendes Kunstharz: Epoxyharz (Lösung aus einem Gemisch aus
100 Teilen Araldite GY252 und 23 Teilen Araldite HY974) Die beiden genannten Faserarten,
nämlich das Glasfaser-Kreuzband 4' und das Glasfaser-Vorgespinst 4", die vorher
im Verhältnis von 40:60 bis 80:20 mit dem Kunstharz imprägniert worden waren, wurden
nacheinander unter Anlegung einer Zugspannung von 10 kg auf den Walzenkern 1 aufgewickelt,
bis jede Schicht eine Dicke von 1 mm besaß. DAP aufhin wurde die Walze 6 Std. lang
bei Raumtemperatur zum Aushärten stehengelassen.
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Im Anschluß hieran wurde die Oberfläche der Faserschicht 2 durch Schleifen
geglättet und der Gießvorgang auf die in Beispiel 2 beschriebene Weise durchgeführt,
wodurch eine mit Polyurethan-Gummi beschichtete Walze erzielt wurde (Fig. 4).
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Dieses Beispiel zeigte, daß die mit einer Vielzahl von kleinen Löchern
versehene Saugwalze einer Papiermaschine
ala Walzenkern zur Herstellung
einer mit Polyurethan-Gummi beschichteten Walze verwendet werden kann, so daß die
Notwendigkeit für einen neuen, speziell für diesen Zweck vorgesehenen Walzenkern
entfällt.
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Zusammenfassend schafft die Erfindung mithin eine mit Polyiirethan-Gummi
beschichtete Walze, bestehend aus einem metallenen Walzenkern, an welchem durch
Aufwickeln vorher mit einer wärmehärtenden Kunstharzlösung imprägnierte Pa, sern
unter Bildung einer Grundschicht befestigt worden sind, während anschließend durch
Formgießen eine Polyurethan-Gummischicht auf der Umfangsfläche der Grundschicht
ausgebildet worden ist.