DE19807712C2 - Verfahren zur Herstellung einer Oberflächenpanzerung auf einer Walze und Vorrichtung hierfür - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Herstellung einer Oberflächenpanzerung auf einer Walze nach den Gattungs­ begriffen der Ansprüche 1 und 5.

Aus GB 2,186,661 A ist eine Walze bekannt, welche einen Verbundaufbau hat und ein metallisches Innenrohr und ein aus Kunststoffmaterial im Wickelverfahren hergestelltes koaxiales Außenrohr umfaßt. Hierbei werden Fäden oder Faserstreifen um das metallische Innenrohr gewickelt. Die Fäden bzw. Faserstreifen sind mit Harz getränkt und das Harz wird auf die Walze separat aufgetragen. Die Fäden können von Glasfasern gebildet werden und als Harz kommt Epoxidharz in Betracht. Der Faden wird so lange schrauben­ förmig um das metallische Innenrohr gewickelt, bis der erforderliche Durchmesser erreicht ist.

Aus DE 30 29 890 C2 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstel­ len faserverstärkter Wickelkörper bekannt. Die Wickelfasern werden bei einer Bearbeitungstemperatur von < 50°C für die Verarbeitung eingesetzt, und der Aufnahme-Wickeldorn wird auf eine Temperatur von 60°C ± 5°C mittels einer Innenbeheizung aufgewärmt. Auf diese Weise wird ein faserverstärkter Wickelkörper als solcher beispielsweise in Form einer Walze hergestellt. Hierbei bezieht sich die Temperatur von < 50°C auf die Bearbeitung der als Wickellage aufzubringenden Fasern, und vor dem Einsatz dieser Fasern zur Ausbildung einer Wickellage erfolgt eine Abkühlung um 10°C bis 20°C unter die Ausgangstemperatur.

Ferner ist aus DE 296 13 795 U1 eine Walze bekannt, deren Biegeverhalten zu optimieren ist. Insbesondere soll die Durchbiegung der Walze in der Walzenmitte unterdrückt werden. Hierzu umfaßt die Walze ein äußeres Walzenrohr und eine innerhalb des Walzenrohrs angeordnete Stützwelle. Die Stützwelle weist im Längsmittelbereich einen Abschnitt größeren Durchmessers auf, welcher die Innenfläche des Walzenrohrs anliegend berührt. Bei dieser Walze ist der Außenumfang des Walzenrohrs im Bereich der axialen Enden des mittleren Abschnitts größeren Durchmessers einem erhöhten abrasiven Verschleiß ausgesetzt, da die Oberfläche des Walzen­ rohrs während der bestimmungsgemäßen Verwendung durch den mittleren Abschnitt größeren Durchmessers im wesentlichen trapezförmig verformt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Oberflächenpanzerung auf einer Walze bereitzustellen, das weitgehend unabhängig von Werkstoff und Aufbau der Walzen einfach und kostengünstig unter Erzielung einer verschleißfesten, glatten und porenfreien Oberfläche der Oberflächenpanzerung durchführbar ist. Ferner soll eine Vorrichtung zur Herstellung einer Oberflächenpanzerung auf einer Walze bereitgestellt werden, welche einen möglichst konstruktiv einfachen und wartungsarmen Aufbau aufweist.

Nach der Erfindung wird hierzu einerseits ein Verfahren zur Herstellung einer Oberflächenpanzerung auf einer Walze nach dem Patentanspruch 1 bereitgestellt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Oberfläche der mit einer Oberflächenpanzerung zu versehenden Walze erwärmt, um die Viskosität des Epoxidharzes weiter zu reduzieren, so daß im Anschluß an das Aufgießen des Epoxidharzes ein gleichmäßig dünner Epoxidharz-Film entsteht. Die Vliesbahn wird dann unter Zugspannung über den Epoxidharz-Film gewickelt. Der Vliesstoff wird dadurch mit dem Epoxidharz getränkt, und es entsteht im Anschluß an die Aushärtung des Epoxidharzes eine hoch verschleißfeste, sehr glatte und porenfreie Oberfläche. Als Vlies gelangt bevorzugt ein reines Glasfaservlies aus endlosen Fäden zur Anwendung. Der Einsatz eines Kohle-, Aramid- oder artverwandten Vlieses ist ebenfalls möglich, und das Vlies kann gegebenenfalls durch ein Gewebe oder Gewirke ersetzt werden. Durch die Verfahrensschritte verläuft im Anschluß an das Aufbringen des Ep­ oxidharzes auf die Oberfläche das Epoxidharz zu einem gleichmäßig dünnen Epoxidharz-Film. Entscheidend für die Gleichmäßigkeit des Epoxidharz-Films ist es, daß die Oberfläche auf eine Temperatur oberhalb der Temperatur des Epoxidharzes erwärmt wird, so daß die Viskosität des vorgewärmten Epoxidharzes beim Auftreffen auf die vorgewärmte Oberfläche der Walze weiter reduziert wird. Hierdurch wird die gleichmäßige Tränkung der Vliesbahn mit dem Epoxidharz begünstigt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 und 4 angegeben.

Um eine Faltenbildung beim Umwickeln der Walze mit der Vliesbahn zu vermeiden und eine absolut glatte Oberfläche zu bekommen, wird die Vliesbahn unter Zugvorspannung um die Oberfläche gewickelt. Die Größe der Zugspannung ist von dem verwendeten Vliesmaterial, der Tränkung mit dem flüssigen Epoxidharz und dessen Viskosität sowie der Verarbeitungs­ temperatur abhängig. In vorteilhafter Weise wird die Zugspannung auf die Vliesbahn möglichst groß gewählt und auf einen Wert eingestellt, der knapp unter der Reißgrenze der Vliesbahn liegt. Die Zugspannung sollte stets so bemessen sein, daß sich eine gleichmäßige Tränkung der Vliesbahn mit Epoxidharz entlang der gesamten axialen Erstreckung der Walze ergibt. Zur Erzielung einer möglichst homogenen Oberflächengüte erfolgt die Umwicklung schraubengangförmig. Hierbei ergibt sich der Vorteil, daß die gesamte Oberfläche der Walze in einem Arbeitsgang mit einer Oberflächenpanzerung versehen wird. Hierdurch erhält man eine kostengünstige und einfache Durchführung des Verfahrens.

Dem Epoxidharz können vor dessen Aufbringung auf die Oberfläche 0,1 bis 50 Gew.-% verschleißfeste Partikel, bevorzugt Metall-, Keramik, Kreide-, Gesteinsmehl-, Glas- und/oder Oxidpartikel beigemischt werden, bevorzugt 0,1 bis 20 Gew.-%. Dabei ist es erforderlich, daß die Partikelgröße unter 1 µm liegt, um eine gleichmäßige Verteilung der Partikel im Gesamtquerschnitt des Vlieses sicherzustellen. Außerdem ist eine derart feine Dimensionierung der Partikel erforderlich, um beim Anschleifen eine Oberflächengüte von RZ < 1 zu erhalten. Durch eine Oberflächenpanzerung, bei der die Vliesbahn mit einem Epoxidharz getränkt ist, dem Metallpartikel beigemischt sind, wird außerdem eine gute Ableitung elektrostatischer Ladungen erreicht. Derartige Gebrauchs­ eigenschaften sind bei Verwendungen der erfindungsgemäßen Walze in der Papierindustrie von Vorteil. Die Walze hat bevorzugt einen elektrischen Widerstand von zumindest 10⁸ Ω, so daß die Gefahr der elektrostatischen Entladung bei Verwendung der Walze zum Transport von Papier auf ein Minimum begrenzt ist. Die Metallpartikel können beispielsweise aus Baustahl bestehen.

Generell besteht die Möglichkeit, daß die Walze z. B. aus Stahl, Aluminium, einem kohlefaserverstärkten Kunststoff oder einem Sinterwerkstoff, wie beispielsweise Siliziumcarbid besteht. Bevorzugt besteht die Walze aus einem kohlefaserverstärkten Kunststoff. Das Eigengewicht der Walze wird dadurch reduziert. Hierbei ist von Vorteil, daß einerseits eine unerwünschte Durch­ biegung der Walze weitgehend vermieden werden kann. Andererseits vermag die Walze mit ihrer geringen Trägheitsmasse Drehzahländerungen rasch zu folgen, wodurch ein Reißen und/oder eine Faltenbildung von darüber geleiteten, flexiblen Bahnenmaterialien vermieden wird.

Gemäß einem weiteren Aspekt nach der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Herstellung einer Oberflächenpanzerung auf einer Walze nach dem Patentanspruch 5 bereitgestellt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt eine geringe Anzahl von Einzel­ teilen, was wirtschaftliche Vorteile mit sich bringt. Falls dem Epoxidharz Metallpartikel beigemischt werden sollen, kann dem Epoxidharzspender ein Metallpartikelspeicher benachbart zugeordnet sein. Die Metallpartikel werden dem Epoxidharz bevorzugt kontinuierlich gleichmäßig beigemischt. Die Spannvorrichtung bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfaßt wenigstens drei im wesentlichen V-förmige Spannrollen zur Durchleitung der Vliesbahn. Um ein Reißen der Vliesbahn weitgehend auszuschließen, sind die Spann­ rollen jeweils elastisch nachgiebig gelagert. Die in Förderrichtung der Vliesbahn erste und letzte Spannrolle sind an Lagern gehalten, welche zumindest auf einem Gummipuffer abgestützt sind. Durch die elastische Anordnung der Spannrolle werden Drehzahlschwankungen der Walze während ihrer Umwicklung der Vliesbahn gepuffert, um eine möglichst gleichmäßige Oberflächengüte der Oberflächenpanzerung zu erzielen und ein Reißen der Vliesbahn zu verhindern.

Durch die Wirbelstrombremse nach Anspruch 6 läßt sich die Drehzahl der Vorratsrolle und somit die Spannung, unter der die Vliesbahn auf die Oberfläche der Walze gewickelt wird, besonders feinfühlig und genau regeln. Auch arbeitet eine Wirbelstrombremse völlig verschleißfrei.

Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die einzige Zeichnungsfigur der Zeichnung ein Verfahren zur Herstellung einer Oberflächenpanzerung sowie eine Vorrichtung hierfür näher erläutert.

In der einzigen Figur der Zeichnung ist schematisch eine Vorrichtung zur Herstellung einer Oberflächenpanzerung auf einer Walze dargestellt. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist auf der Vorratsrolle 12 ein bahnförmiges Glasfaservlies aufgewickelt, das aus endlosen Fäden besteht. Mit der Vorratsrolle 12 ist eine Wirbelstrombremse 23 verbunden, die die Drehung der Vorratsrolle in Abhängigkeit von der Zugspannung der Vliesbahn 5 regelt.

Die von der Vorratsrolle 12 abgewickelte Vliesbahn 5 wird in diesem Ausführungsbeispiel über drei in Förderrichtung 14 der Vliesbahn 5 hintereinander liegende Spannrollen 15, 16, 17 geführt, die die Spannvorrichtung 13 bilden. Die in Förderrichtung 14 erste und letzte Spannrolle 15, 17 sind durch Lager 18, 20 gehalten, wobei die Lager 18, 20 jeweils auf elastisch nachgiebigen Gummipuffern 21, 22 abgestützt sind. Durch die Gummipuffer 21, 22 werden Ungleichförmigkeiten beim Abrollen der Vliesbahn 5 zumindest teilweise ausgeglichen, so daß ein Reißen der unter starkem Zug stehenden Vliesbahn 5 praktisch ausgeschlossen ist. Die in Förderrichtung 14 zwischen der ersten und letzten Spannrolle 15, 17 angeordnete mittlere Spannrolle 16 berührt die Vliesbahn 5 unter elastischer Vorspannung, wobei die mittlere Spannrolle 16 durch eine Feder 24 mit vergleichsweise großem Federweg auf die Oberfläche der Vliesbahn 5 gedrückt ist.

Der letzten Spannrolle 17 schließt sich in Förderrichtung 14 die Aufnahmevorrichtung 8 für die zu umwickelnde Walze 2 an, wobei die Walze in diesem Ausführungsbeispiel aus einem mit Kohlefasern verstärkten Verbundwerkstoff besteht. Walzen aus davon abweichenden Materialien, wie beispielsweise Walzen aus metallischen Werkstoffen, können ebenfalls mit einer Oberflächenpanzerung 1 versehen werden.

Zum Umwickeln der Walze 2 wird diese auf der Aufnahmevorrichtung 8 beispielsweise senkrecht zur Zeichnungsebene bewegt, so daß die Vliesbahn 5 schraubengangförmig auf die Oberfläche 3 der Walze 2 aufgewickelt wird. Um eine gute Verbindung der Oberflächenpanzerung 1 mit der Oberfläche 3 der Walze 2 zu erreichen, wird die Oberfläche 3 zunächst durch die Heizeinrichtung 9 zumindest in dem Bereich erwärmt, auf den anschließend die Vliesbahn 5 aufgewickelt wird. Die Oberfläche 3 wird in diesem Beispiel auf etwa 70°C erwärmt. Auf die erwärmte Oberfläche 3 wird anschließend flüssiges, auf etwa 45°C erwärmtes Epoxidharz 4 aufgebracht. Durch die Erwärmung der Oberfläche 3 auf eine Temperatur, die über der Temperatur des vorgewärmten Epoxidharzes 4 liegt, wird die Viskosität des Epoxidharzes 4 verringert und ein gleichmäßig dünner Auftrag auf die Oberfläche 3 bewirkt. Auf den Epoxidharz-Film 6 wird die Vliesbahn 5 gewickelt, die dann vom Epoxidharz gleichmäßig durchdrungen wird und die im Anschluß an die Erkaltung und Aushärtung des Epoxidharzes 4 die Oberflächenpanzerung 1 bildet. Die Oberflächenpanzerung 1 ist hochverschleißfest, glatt und porenfrei.

Gelangt die mit der Oberflächenpanzerung 1 versehene Walze 2 beispielsweise in der Papierindustrie zur Anwendung, ist die Verwendung von Epoxidharz 4 von Vorteil, dem 0,1 bis 20 Gew.-% Metallpartikel 7 mit einem Durchmesser von weniger als 1 µm beigemischt sind. Unerwünschte elektrostatische Aufladungen werden dadurch vermieden. Bevorzugt werden die Metallpartikel mit dem Epoxidharz im Epoxidharzspender 10 vermischt.

In diesem Ausführungsbeispiel entspricht die Wickelrichtung 11 der Aufnahmevorrichtung 8 der Drehrichtung der Vorratsrolle 12.

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung einer Oberflächenpanzerung (1) auf einer Walze (2), wobei die Oberfläche (3) der Walze (2) in einem ersten Verfahrensschritt auf zumindest 60°C vorgewärmt wird, wobei auf die vorgewärmte Oberfläche in einem zweiten Verfahrensschritt ein auf zumindest 45°C vorgewärmtes Epoxidharz (4) aus einem Epoxid­ harzspender (10), der einer Heizeinrichtung (9) in Wickelrichtung (11) der Walze (2) nachgeschaltet ist, aufgebracht und im Anschluß an das Aufbringen auf die Oberfläche (3) zum Verlaufen zu einem gleichmäßig dünnen Epoxidharzfilm (6) gebracht wird, und wobei in einem dritten Verfahrensschritt die auf eine Temperatur oberhalb der Temperatur des Epoxidharzes vorgewärmte und mit dem Epoxidharz (4) versehene Oberfläche (3) mit einer Vliesbahn (5) umwickelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Vliesbahn (5) unter einer Zugvorspannung um die Oberfläche (3) gewickelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwicklung der Oberfläche (3) mit der Vliesbahn (5) schraubengang­ förmig erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dem Epoxidharz (4) vor dem Aufbringen auf die Oberfläche (3) 0,1 bis 20 Gew-% Metallpartikel (7) beigemischt werden.

5. Vorrichtung zur Herstellung einer Oberflächenpanzerung (1) auf einer Walze (2), umfassend eine Aufnahmevorrichtung (8) für die zu umwicklende Walze (2), einen Epoxidharzspender (10) für auf mindestens 45°C vorgewärmtes Epoxidharz, eine Heizeinrichtung (9) zur Erwärmung der zu umwickelnden Oberfläche (3) der Walze (2) auf eine Temperatur von mindestens 60°C, wobei der Epoxidharzspender (10) der eine höhere Temperatur als das Epoxidharz aufweisenden Heizeinrichtung (9) in Wickelrichtung (11) der Walze (2) nachgeschaltet ist, eine Vorratsrolle (12) für eine Vliesbahn (5) und eine Spannvor­ richtung (13) mit zumindest drei, im wesentlichen V-förmig angeord­ neten Spannrollen (15, 16, 17), durch welche die Vliesbahn (5) hindurchführbar ist, die in Förderrichtung (14) der Vliesbahn (5) zwischen der Vorratsrolle (12) und der Aufnahmevorrichtung (8) angeordnet ist, wobei die in Förderrichtung (14) der Vliesbahn (5) erste (15) und letzte Spannrolle (17) jeweils durch ein Lager (18, 20) mit zumindest einem Gummipuffer (21, 22) abgestützt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorratsrolle (12) eine in Abhängigkeit von der Zugspannung der Vliesbahn (5) geregelte Wirbelstrombremse (23) aufweist.