DE19610949A1 - Walze und Verfahren zur Herstellung einer solchen - Google Patents

Walze und Verfahren zur Herstellung einer solchen

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Walze, insbesondere Walze für Stütz-, Trag- und Transportzwecke von bahnförmigem Gut wie Papier oder Textilien, wobei die Walze aus Kunststoff oder Kohlenstoff verstärkt mit Lagen von mit Bindemittel versehenen Fasern wie Kohlenstoff- und/oder Glasfasern und/oder Kunststoff- wie Aramidfasern besteht. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung einer Walze, insbesondere für Stütz-, Trag- und Transportzwecke von bahnförmigem Gut im Papier-, Druck- oder Textilbereich, wobei Fasermaterial wie Kohlenstoff- und/oder Kunststoff- und/oder Glasfasern mit Bindemittel versehen wie durch ein Bindemittelbad geführt wird, auf einen Kern zur Bildung von Faserlagen aufgewickelt und nach anschließendem Aushärten und gegebenenfalls Glühen bzw. Graphitieren die so ausge­ härteten und die Walze bildenden Lagen von dem Kern abgezogen werden.
Bei der Herstellung und für den Transport von Bahnwaren wie Produkten der Papier-, Druck- oder Textilindustrie werden Walzen benutzt, die eine hohe Verschleißfestigkeit bei gleichzeitiger hinreichender Griffigkeit aufweisen sollen, um das bahnförmige Gut aufwickeln zu können. Walzen, die aus Lagen von Fasern aus insbesondere Kohlen­ stoffaser verstärktem Kohlenstoff bzw. Glasfaser verstärktem Kohlenstoff bestehen, zeigen den Vorteil, daß sie bei geringem Gewicht eine hohe Stabilität und Verschleißfe­ stigkeit aufweisen. Allerdings bereitet es Probleme, die Oberfläche im gewünschten Umfang kontrolliert aufzurauhen, ohne daß aufwendige Nacharbeiten erforderlich sind.
Aus diesem Grund finden nach wie vor metallische Walzen trotz ihres relativ hohen Ge­ wichts Verwendung, da deren Oberfläche gezielt aufgerauht werden kann. Hierzu wird zum Beispiel nach der DE 42 38 508 C2 vorgeschlagen, die Oberfläche einer ent­ sprechenden Walze zu reinigen, auf deren Oberfläche durch thermisches Spritzen eine porige Aufrauhung in Form einer Verankerungsschicht aus feinteiligen Hartstoffen aufzubringen und darauf wiederum eine Kleberschicht aus einem Zweikomponenten-Kunstharzkleber aufzutragen, in die die feinteiligen Hartstoffe der Verankerungsschicht eingebettet werden, wobei auf die noch nicht ausgehärtete Kleberschicht weitere feinteilige Hartstoffe aufgebracht werden und danach die Kleberschicht zur Aushärtung gebracht wird. Ein entsprechendes Verfahren ist erkennbar aufwendig und ermöglicht nicht oder nur im geringen Umfang Variationen vorzunehmen. Auch bedarf es einer genauen Beachtung des Zeitablaufs der einzelnen Verfahrensschritte, d. h., daß die einzelnen Schichten nicht zu früh oder zu spät auf die Walze aufgebracht werden können, da andernfalls der gewünschte Erfolg nicht erzielbar ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Walze der eingangs beschriebenen Art sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen so weiterzubilden, daß mit einfachen Maßnahmen eine Walze mit gewünschter Rauhigkeit bzw. Ver­ schleißbeständigkeit zur Verfügung gestellt werden kann, ohne daß aufwendige Herstel­ lungsverfahren erforderlich sind. Auch soll eine gezielte Beeinflussung der Rauhigkeit bzw. Verschleißbeständigkeit beim Herstellungsprozeß selbst möglich sein.
Das Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Walze zumindest in einer ihrer Lagen Fasern aufweist, die mit Hartstoff enthaltendem Bindemittel versehen ist.
Erfindungsgemäß wird folglich das zur Ausbildung der Lagen und damit der Walze erforderliche Bindemittel gleichzeitig als Träger für Hartstoffe benutzt, um diese auf den Fasern und damit den aus diesen gebildeten Lagen anhaften zu lassen, so daß sich nach dem Aushärten und gegebenenfalls Glühen bzw. Graphitieren eine Walze ge­ wünschter Oberflächenrauhigkeit und/oder Verschleißbeständigkeit ergibt. Dabei kann die Oberfläche der Walze eine als Verzahnung dienende Rauhigkeit für eine anschlie­ ßend aufzubringende Beschichtung des z. B. Metall, Kunststoff oder Keramik erhalten.
Zur Realisierung der Erfindung ist es nicht zwingend erforderlich, daß sämtliche Lagen der Walze mit einem Hartstoff enthaltenden Bindemittel getränkt sind. Vielmehr reicht es aus, daß entsprechend der geforderten Rauhigkeit bzw. Verschleißbeständigkeit nur die äußeren Lagen der Walze entsprechende Hartstoffe enthalten.
Insbesondere ist die erforderliche Rauhigkeit bzw. Verschleißbeständigkeit dann erzielbar, wenn die Walze einen Faseranteil von 30-75 Vol.-% und einen Bindemittel-/Hartstoffanteil von 70-25 Vol.-% aufweist, der seinerseits 10-90% Volumenanteil an dem Hartstoff enthält. Insbesondere sollte der Faseranteil der Walze 50-65 Vol.-% betragen, insbesondere im Bereich von 60 Vol.-% liegen und in dem Bindemittel-/Hartstoffgemisch der Hartstoff einen Volumenanteil von 40-60%, insbesondere von etwa 50% aufweisen.
Als Bindemittel ist vorzugsweise Epoxid- oder Phenolharz oder ein Polyimid geeignet. Als Hartstoffe kommen in Frage Carbide oder Oxide von Titan, Zirkon, Hafnium, Tantal, Vanadium, Niob, Silizium, Chrom, Molybdän, Wolfram und Bor, Carbide der Metalle der Actinidengruppe des Periodischen Systems sowie binäre und tertiäre und höhere Kombinationen solcher Carbide, ferner Nitride, Boride und Silicide der Gruppen IV, V und VI des Periodischen Systems und der Actinidengruppe sowie Kombinationen der genannten Stoffe. Auch Glas, Industriediamanten oder insbesondere Al₂O₃ können als Hartstoffe eingesetzt werden.
Ein Verfahren zur Herstellung einer Walze der eingangs beschriebenen Art zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß das zumindest eine Lage der Walze bildende Fasermaterial mit Hartstoff enthaltendem Bindemittel versehen wird. Insbesondere ist das die äußere bzw. die äußeren Lagen der Walze bildende Fasermaterial mit Hartstoff enthaltendem Bindemittel versehen. Hierzu kann das die Lage bzw. Lagen bildende Fasermaterial durch ein das Bindemittel und den Hartstoff enthaltendes Bad geführt werden, wodurch ein einfaches Anhaften des Bindemittelhartstoffgemisches an die vorzugsweise aus Kohlenstoffasern, Glasfasern oder Kunststoff wie Aramidfasern beste­ henden Faserstränge erfolgt, die auf den vorzugsweise aus Stahl bestehenden Kern gewickelt werden, um die erfindungsgemäße Walze so herzustellen, die selbstver­ ständlich zur Nutzung von dem Kern abgezogen wird.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination-, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispiels.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer Anordnung zur Herstellung einer Walze und
Fig. 2 einen Querschnitt einer Walze.
In Fig. 1 ist rein prinzipiell ein aus Stahl bestehender und in Pfeilrichtung drehbarer Kern 10 dargestellt, auf den ein aus Kohlenstoffasern und/oder Glasfasern und/oder Kunststoff- wie Aramidfasern bestehender Faserstrang 12 gewickelt wird, der seinerseits von einer nicht dargestellten Vorratsspule abgewickelt wird.
Vor dem Aufwickeln auf den Stahlkern 10 wird der Faserstrang 12 durch ein Bad 14 geführt, in dem sich wahlweise Bindemittel wie Phenolharz, Epoxidharz, Polyamid oder ein Gemisch aus einem entsprechenden Bindemittel und einem Hartstoff 20 befindet. Bei dem Hartstoff kann es sich um Materialien wie Carbide oder Oxide von Titan, Zirkon, Hafnium, Tantal, Vanadium, Niob, Silizium, Chrom, Molybdän, Wolfram und Bor, Carbide der Metalle der Actinidengruppe des Periodischen Systems sowie binäre und tertiäre und höhere Kombinationen solcher Carbide, ferner Nitride, Boride und Silicide der Gruppen IV, V und VI des Periodischen Systems und der Actinidengruppe sowie Kombinationen der genannten Stoffe, Industriediamantstaub, Al₂O₃ oder Glas handeln. Dadurch, daß der Faserstrang 12 durch das Bad 14 bestehend aus Bindemittel und Hartstoff 20 geführt wird, haftet an dem Faserstrang 12 Bindemittel mit Hartstoff 20, der nach dem Aushärten des Bindemittels eine gewünschte Rauhigkeit bzw. Ver­ schleißbeständigkeit auf der Oberfläche der durch den in Lagen 16 auf den Kern 10 aufgewickelten Faserstrang 12 gebildeten Walze 18.
Nachdem der Faserstrang 12 auf den Kern 10 im erforderlichen Umfang zur Bildung der Walze 18 aufgewickelt worden ist, erfolgt ein Aushärten und gegebenenfalls Glühen und Graphitieren. Anschließend wird die so gebildete Walze von dem Kern 10 abgezo­ gen und kann insbesondere zu Stütz-, Trag- und Transportzwecken von bahnförmigem Gut genutzt werden.
Eine entsprechende Walze 18 ist in Fig. 2 im Schnitt dargestellt. Die Länge der Walze 18 kann z. B. 12 m bei einem Durchmesser 2 R im Bereich 300 mm bis 1.000 mm betragen. Die Dicke d kann zwischen 3 mm bis hin zu 20 mm liegen, wobei auf 1 mm Dicke normalerweise 4 Lagen Fasern fallen.
Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn die fertige Walze 18 einen Faseranteil im Bereich zwischen 30 und 75 Vol.-%, insbesondere 60 Vol.-% aufweist. Zur gewünsch­ ten Aufrauhung bzw. Verschleißbeständigkeit der Oberfläche der herzustellenden Walze 18 sollte der Volumenanteil des in dem Bindemittel vorhandenen Hartstoffs zwischen 10 und 90 Vol.-%, insbesondere im Bereich von 50 Vol.-% liegen.
Die Rauhigkeit, d. h. Rauhtiefe RT beträgt vorzugsweise 10-100 µm, vorzugsweise 20-60 µm, insbesondere 30-40 µm. Die aufgrund der Hartstoffe 20 erzielbare Rauhigkeit wird durch die oberflächige Strukturierung in Fig. 2 angedeutet.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Lehre ist es nicht erforderlich, daß sämtliche Lagen, also der gesamte Faserstrang, der die Lagen bildet, mit den Hartstoffen behaftet wird. Vielmehr genügt es, daß allein die Oberflächenlagen bzw. -schichten der Walze mit Hartstoff versehen sind, um die gewünschte Rauhigkeit bzw. Verschleißbeständigkeit zu erzielen.

Claims (17)

1. Walze (18), insbesondere Walze für Stütz-, Trag- und Transportzwecke von bahnförmigem Gut wie Papier oder Textilien, wobei die Walze aus Kunststoff oder Kohlenstoff verstärkt mit Lagen (16) von mit Bindemittel versehenen Fasern (12) wie Kohlenstoff- und/oder Glasfasern und/oder Kunststoff- wie Aramidfasern besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Walze (18) zumindest in einer ihrer Lagen (16) Fasern (12) aufweist, die mit Hartstoff (20) enthaltendem Bindemittel versehen sind.
2. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Walze (18) in ihren äußeren Lagen (16) aus mit Bindemittel und Hart­ stoff (20) versehenem Fasermaterial (12) besteht.
3. Walze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die als Hohlwalze ausgebildete Walze (18) allein in ihren äußeren Lagen mit Bindemittel und Hartstoff getränkte Fasern (12) wie Kohlenstoff- und/oder Glasfasern und/oder Kunststoff- wie Aramidfasern aufweist.
4. Walze nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Walze (18) einen Faseranteil von 30-75 Vol.-% und einem Bindemittel-Hartstoffanteil von 70-25 Vol.-% aufweist, in der seinerseits 10-90 Vol.-% an Hartstoff enthält.
5. Walze nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Faseranteil der Walze 50-75 Vol.-%, insbesondere im Bereich von 60 Vol.-% liegt.
6. Walze nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Bindemittel-Hartstoffgemisch der Hartstoff (20) einen Volumenanteil von 40-60%, insbesondere von etwa 50% aufweist.
7. Walze nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel vorzugsweise ein Epoxid- und/oder Phenolharz und/oder Polyamid ist.
8. Walze nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Hartstoff um Materialien wie Carbide oder Oxide von Titan, Zirkon, Hafnium, Tantal, Vanadium, Niob, Silizium, Chrom, Molybdän, Wolf­ ram und Bor, Carbide der Metalle der Actinidengruppe des Periodischen Sy­ stems sowie binäre und tertiäre und höhere Kombinationen solcher Carbide, ferner Nitride, Boride und Silicide der Gruppen IV, V und VI des Periodischen Systems und der Actinidengruppe, Industriediamant, Glas und/oder Al₂O₃ sowie Kombinationen der genannten Stoffe handeln kann.
9. Walze nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Walze (18) ein Oberflächenrauhigkeit einer Rauhtiefe RT mit 10 RT 100 µm, insbesondere 30 RT 40 µm aufweist.
10. Verfahren zur Herstellung einer Walze (18), insbesondere bestimmt für Stütz-, Trag- und Transportzwecke von bahnförmigem Gut insbesondere im Papier-, Druck- oder Textilbereich, wobei Fasermaterial wie Kohlenstoffasern und/oder Glasfasern und/oder Kunststoff- wie Aramidfasern mit Bindemittel versehen wie durch ein Bindemittelbad (14) geführt wird, auf einen Kern (10) zur Bildung von Faserlagen (16) aufgewickelt wird, um anschließend auszuhärten und/oder gegebenenfalls geglüht bzw. graphitiert zu werden, wobei anschließend die aus den Lagen gebildete Walze von dem Kern abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasermaterial (12) mit Hartstoff (20) enthaltendem Bindemittel versehen wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das zumindest eine äußere Lage der Walze (18) bildende Fasermaterial (12) mit Hartstoff (20) enthaltendem Bindemittel versehen wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das die äußere bzw. äußeren Lagen (16) bildende Fasermaterial (12) durch ein das Bindemittel und den Hartstoff (20) enthaltendes Bad (14) geführt wird.
13. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 10-12, dadurch gekennzeichnet, daß in das Bindemittel Hartstoff (20) mit einem Volumenanteil von 10-90%, insbesondere im Bereich von 50% eingebracht wird.
14. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 10-13, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasermaterial (12) derart mit dem Bindemittel-Hartstoff versehen wird, daß der Volumenanteil des Fasermaterials der fertigen Walze in etwa 30-75%, insbesondere 60% beträgt.
15. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 10-14, dadurch gekennzeichnet, daß als Hartstoff (20) Materialien wie Carbide oder Oxide von Titan, Zirkon, Hafnium, Tantal, Vanadium, Niob, Chrom, Molybdän, Wolfram und Bor, Carbide der Metalle der Actinidengruppe des Periodischen Systems sowie binäre und tertiäre und höhere Kombinationen solcher Carbide, ferner Nitride, Boride und Silicide der Gruppen IV, V und VI des Periodischen Systems und der Actinidengruppe sowie Kombinationen der genannten Stoffe, Industriediamant­ staub, Glas oder Al₂O₃ verwendet werden.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10-15, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel Epoxid- und/oder Phenolharz und/oder Polyimid verwendet wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 10-16, dadurch gekennzeichnet, daß die Walze (18) oberflächenseitig mit einer Rauhigkeit versehen wird, die als Verzahnung einer anschließend aufzutragenden Beschichtung aus z. B. Metall und/oder Kunststoff und/oder Keramik verwendet wird.
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