DE2150991A1 - Walzenueberzug - Google Patents

Description

12. Oktober 1971 / k - BE 253 -

BELOIT CORPORATION, Beloit, Wisconsin 33511. USA

Walzenüberzug

Die Erfindung bezieht sich auf eine Walze, insbesondere zur Anwendung bei Papiermaschinen, Kalander, Druckmaschine und Textilverarbeitungsmaschinen, sowie auf ein Verfahren zu deren Herstellung.

Die Frage nach dem geeignetsten Material für einen Walzenmantel trat zum erstenmal auf, als Walzen überhaupt in industriellen Verfahren angewendet wurden. Walzen sind bereits für die verschiedensten Anwendungsgebiete mit unterschiedlichem Erfolg aus Metall hergestellt worden, beispielsweise aus Gußeisen, Bronze, Aluminium, rostfreiem Stahl usw.. Ferner hat man Walzen mit Überzügen aus natürlichem oder künstlichem Gummi, Zusammensetzungen aus Glasfaser und Kunststoff und anderen

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synthetischen Materialien versehen. Auch diese Materialien haben sich bei einer Anzahl von Einsatzgebieten als unbefriedigend erwiesen.

Als Bauelement wird an eine Walze die Forderung gestellt, daß sie, häufig in belastetem Zustand Drehbewegungen ausfuhren kann. Wenn industrielle Verfahren zwecks größerer Leistungsfähigkeit weiterentwickelt werden, müssen die walzen häufig unter Bedingungen arbeiten, bei denen die Umfangsgesohwindigkeit l800 m/min oder nahezu 110 km/h Übersteigt. Desgleichen kann die Walzenbelastung 175 kg/cm überschreiten. Weiterhin kann die Umgebung, in der solche Belastungen vorliegen, einen korrodierenden, durch wechselnde Temperaturen oder andere Bedingungen hervorgerufenen schädlichen Einfluß ausüben. Darüber hinaus wird häufig die Walzenoberfläche zur führenden oder abstützenden Berührung von empfindlichen Produkten benötigt, die von der Walze beschädigt würden, wenn deren Oberfläche nicht ausreichend frei ist von abrasiven oder anderen schädigenden Eigenschaften. Schließlich ist es vom wirtschaftlichen Standpunkt her eine Grundforderung an Entwicklung und Konstruktion einer Walze, daß der Walzenmantel eine große Lebensdauer besitzt.

Ein verbesserter Walzenüberzug, der in der Lage ist, bei hohen Drehzahlen unter hoher Belastung zu arbeiten, ohne im Betrieb durch nachteilige Einwirkungen aus der Umgebung beeinträchtigt zu werden, würde in einer Vielzahl von Anwendungsbereichen einem seit langem bestehenden Bedürfnis entgegenkommen. Dies gilt besonders für die Papierindustrie.

Zur Anwendung unter den vorbeschriebenen Bedingungen sind eine Anzahl von Walzenummantelungen vorgeschlagen worden. Einige dieser Materialien werden auch heute angewendet, häufig Jedoch nur deshalb, weil kein besseres Material verfügbar let. Meistens erfolgt die Auswahl des Materials für die Walzenuiamantelung

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unter einem Kompromiß, der die verschiedenen Beschränkungen jedenfalls nicht beseitigt, und zwar Beschränkungen oder Nachteile, die sich aus Herstellungskosten und den Kosten durch Abnutzung der Vorrichtung, auf der die Walze arbeitet, Widerstandsfähigkeit gegen korrodierenden Angriff, wiederholte Wartungen vermeidende Dauerstandsfestigkeit und dergleichen ergeben.

Mit der Erfindung wurde nunmehr eine Walze gefunden, die bei Umfangsgeschwindigkeiten bis über l800 m/min und bei SpaltdrUcken oberhalb 175 kg/cm zu arbeiten in der Lage ist und gegenüber bekannten Walzen eine wesentlich verlängerte Lebensdauer besitzt. Der Mantel dieser Walze enthält eine Materialzusammensetzung, die aus einer genadelten nicht gewebtenMätte aus Acrylfasern, Polyesterfasern oder Mischungen dieser besteht. Die Matte ist mit einem hitzehärtbaren Epoxyharz gebunden bzw. verklebt. Die Zusammensetzung enthält zwischen 10 und 4o Gewichtsprozent Fasern und zwischen 60 und 90 % Kunstharz. Ein bevorzugter Gewichtsanteil von pasern liegt zwischen 15 und }0 %, während der Gewichtsanteil von Kunstharz dann zwischen 70 und 65 % beträgt. Eine bevorzugte Zusammensetzung enthält zwischen 20 und 25 Gewichtsprozent Pasern und zwischen 75 und 80 Gewichtsprozent Kunstharz.

Bei den erfindungsgemäß hergestellten Walzen liegt das Verhältnis des Elastizitätsmoduls der Fasern vor ihrer Verwendung zu dem Elastizitätsmodul des gehärteten Harzes zwischen 10:1 bis 1:10. Das bevorzugte Verhältnis dieser Elastizitätsmoduln liegt im Bereich zwischen 3:2 oder 2 O.

Bei der Herstellung einer Walze nach der Erfindung wird vorzugsweise eine nicht gewebte, genadelte Matte entweder aus Acrylfasern, Polyesterfasern oder einer Mischung dieser verwendet, die ein Gewicht von mindestens 155 g/ra besitzt. Am meisten bevorzugt wird eine Matte mit einem Gewicht von min-

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destens J4o g/m · Als Kunststoff wird vorzugsweise ein Epoxyharz mit einem Epoxid-Äquivalentgewicht von mindestens 100 verwendet. Das bevorzugte Epoxid-Äquivaientgewioht Hsgt im Bereich zwischen 175 und 200.

Bei der Herstellung von Walzen aus der vorbeschriebenen Materialzusammensetzung können von vornherein in Längsabständen nebeneinander radiale Vorsprünge oder Stege vorgesehen sein, zwischen denen Umfangsnuten entstehen. Vorzugsweise werden genutete walzen so hergestellt, daß mindestens 15 Nuten pro 10 cm Axiallänge vorhanden sind.

Walzen mit einem Überzug bestehend aus genadelter nichtgewebter Matte aus Acrylfaser, Polyesterfaser oder einer Mischung dieser, die mit einem Epoxyharz gebunden und verklebt sind, werden erflndungsgemäß dadurch hergestellt, daß ein kontinuierlicher Streifen aus Matte nach der Tränkung mit Kunstharz bei gleichmäßiger Geschwindigkeit und mit einem Wickelwinkel so auf einen Walzenmantel aufgewickelt wird, daß sich in einem Durchgang eine Mehrzahl von Schichten aufbaut. Gleichzeitig mit dem Aufwickeln wird der Streifen von einer Streifenhaitevorrichtung unter ausreichender Bremsspannung abgewickelt, um in dem Streifen während seiner Berührung mit dem Walzenmantel eine Spannung zu erzeugen. Die Bremsspannung sollte ausreichend hoch sein, damit beim Aufwickeln auf die Walze die Streifenbreite um wenigstens 3 % verringert wird. Die mit dem Wiokelwinkel bzw. der Steigung erzielte Überdeckungsbreite wird so eingestellt und gesteuert, um die erwünschte Überzugsdicke in einem Durchgang zu erreichen.

Aufgrund des Aufbaues einer genadelten, nicht gewebten Matte bewirkt die Spannung eine Streckung der Matte in Richtung der Spannung mit einer damit einhergehenden Breitenverringerung des Streifens. Um mitgerissene Luft zu beseitigen, wird der Streifen vor dem Aufwickeln mit dem Kunstharz getränkt. Nach-

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dem der getränkte Streifen auf die Walze aufgewickelt worden ist, läßt man das Kunstharz härten, so daß die Materialzusammensetzung entsteht. Durch einfache spanende Bearbeitung wird dann die Walzenoberfläche zum Gebrauch vorbereitet.

Die erfindungsgemäße Materialzusammensetzung hat bei der Anwendung als Walzenüberzug den Vorteil, daß die Walze durch einfache spanende Bearbeitung für beliebige Anwendungszwecke vorbereitet werden kann. So ist es relativ einfach, die Walze in üblicher Weise ballig zu drehen oder zu schleifen. Der Walzenmantel läßt sich auch auf einfache Weise mit einer glatten Oberfläche versehen. Darüber hinaus kann die walze im wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufende Nuten erhalten, So daß sie in vielen Fällen anwendbar ist, wo Umfangsnuten erwünscht sind, beispielsweise bei der Abführung von Luft oder Wasser.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird vorzugsweise die nachlaufende Seitenkante des Streifens um wenigstens 3 % stärker als seine Vorderkante gestreckt, so daß die Spannung an der BerUhrungsstelle des Streifens mit der Walze nicht nur die Streifenbreite um mindestens 3 % verringert, sondern die nachlaufende Kante um mehr als 3 % gegenüber der Vorderkante verlängert. Aufgrund des Aufbaues der Schichten bei fortlaufendem Wickelvorgang ist der tatsächliche Durchmesser an der nachlaufenden Kante größer als der Durohmesser an von der vorangehenden Kante.

Um eine Bremsspannung auf den Streifen auszuüben, gegen die die Aufwiokelspannung wirkt, wird vorzugsweise der Streifenablauf von der Streifenhaltevorrichtung gebremst. Bei einer bevorzugten AusfUhrungsform wird die Bremsspannung dadurch gesteuert, daß man den Streifen über eine bewegliche aufgehängte Rolle laufen läßt, die sich in Abhängigkeit von der Bremsspannung im Mattestreifen einstellt. In diesem Zusammen-

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hang ist eine Vorrichkng zum Einstellen der Bremsspannung vorgesehen, über die sich die Stellung der beweglichen Rolle selbst einstellt. Diese Vorrichtung kann so eingestellt werden, daß sich die Stellung der Rolle kontinuierlich auf einen erwünschten Wert nachregelt, bei dem die Bremsspannung ausreicht, um die Breite des Streifens um wenigstens 3 % zu verringern. Aufgrund der dauernden Bewegung der Rolle in Abhängigkeit von der Größe der Bremsspannung und aufgrund der kontinuierlichen Nachregelung der Bremsspannung in Abhängigkeit von der Stellung der beweglichen Rolle ist ein konstanter Brems-■ spannungswert vorhanden und somit auch innerhalb der Grenzen fe' der Vorrichtung der Betrag konstant, um den die Streifenbreite

verringert wird, sei es um 3 % oder 6 % o.dgl.. Durch Veränderung der Gewichte in verschiedenen Stellungen der beweglichen Rolle erfolgt eine Veränderung der Streifenspannung, da der Streifen das Gewicht der Rolle abstützt.

Die zur Herstellung der Walze nach der Erfindung notwendige Bremsspannung kann stabilisiert werden, indem man den Streifen über mehrere Gleitflächen führt. Diese Gleitflächen sind gegen eine Federausgleichsspannung so ausgeglichen, daß das Maß der Gleitspannung mit der Größe der Federausgleiohsspannung variiert.

Weitere Merkmaie und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgen- w den Beschreibung der Erfindung anhand von Zeichnungen. Darin

zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansieht einer Walze mit einem Überzug nach der Erfindung,

Fig. 2 einen abgebrochenen Längsschnitt durch die Walze in vergrößertem !«ßstab,

Fig. 3 eine schematische Übersicht zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Herstellung eines Walzenüberzugs,

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Fig. 4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der erfindungsgeniäß angewendeten Gleitspannung,

Fig. 5A, 5B, 5C schematische Darstellunge*n zur Erläuterung der Einflüsse von Spaltdruck und Geschwindigkeit bei verschiedenen Überzugsmaterialien.

Entsprechend Fig. 1 ist auf den Kern 12 einer mit Lagerzapfen 10 versehenen Walze ein Walzenüberzug 14 gemäß der Erfindung aufgebracht. Der überzug I²J- kann eine Mehrzahl von Stegen 16 entsprechend Fig. 2 aufweisen, zwischen denen Nuten 18 gebildet sind, die sich im wesentlichen inUmfangsrichtung der Waizenoberflache erstrecken.

Der Überzug der Walze besitzt eine Materialzusammensetzung, die aus mit einem Kunstharz gebundener, genadelter nicht gewebter Matte besteht. Das Harz kann aus einem beliebigen, handelsüblichen Epoxyharz bestehen. Die von den Herstellern angebotenen Epoxyharze sind meist aus einem Epoxid zubereitet, in dem Epoxy-Gruppen enthalten sind, die entweder mit Diaminen oder zweibasischen Anhydriden zum Abbinden gebracht werden. Epoxide werden auf verschiedene Arten hergestellt, beispielsweise durch Reaktion von Phenol und Azeton zur Erzeugung von Biephenol-A, das seinerseits mit einem Epichlorhydrin zur Reaktion gebracht wird, um das Epoxy-Zwisehenprodukt herzustellen. Polyamine oder andere übliche Härtungsmittel werden dann mit dem Epoxy-Zwischenprodukt zur Reaktion gebracht, um das fertige Harz hervorzubringen.

Das Verfahren zur Verarbeitung von Acryl- oder Polyesterfasern zu einer genadelten nicht gewebten Matte ist bekannt; solche Matten sind in vielen Ausführungen handelsüblich. Eine genadelte, nicht gewebte Matte wird im wesentlichen auf folgende Weise hergestellt. Zunächst wird ein aus Fasern bestehender Filz oder eine Bahn zubereitet. Dabei können die Fasern ohne Unterstützung sein oder auf einem dünnen gewebten Trifeer liegen, der dann einen geringen Anteil des fertigen Materials

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ausmacht. Die Faserbahn durchläuft anschließend in herkömmlicher Welse ein Nadelbett, in dem eine Mehrzahl von mit Widerhaken oder Stacheln besetzten Nadeln in die und aus der Bahn bewegt werden, so daß die pasern mechanisch miteinander verhakt und verfilzt werden. Dazu stehen mit hoher Geschwindigkeit arbeitende Vorrichtungen zur Verfügung, bei denen das Nadelbett bis zu 900 Hübe/min und darüber ausführt. Die Nadeln sind auf einem Brett angebracht und werden mindestens 900mal pro Minute in die Faserbahn eingestochen und wieder herausgeführt, wobei die Bahn innerhalb des Verarbeitungsprozesses an der Nadelstation vorbeiläult.

Fig. 3 zeigt schematisch das erfindungsgemäße Verfahren, um Walzen mit der oben beschriebenen Materialzusammensetzung zu umhüllen. Ein kontinuierlicher Streifen aus genadelter nichtgewebter Matte 20 ist auf eine Spule 21 aufgewickelt, die auf einem Spulenträger 22 gehaltert ist. Die zu beschichtende Walze 6o wird durch einen nicht gezeigten Antrieb in Richtung des Pfeiles 49 gedreht. Die Drehbewegung der Walze 60 sorgt für eine Aufwickelspannung, mit welcher der mit dem Harz getränkte Streifen 20 kontinuierlich und mit einem geringen Wickelwinkel so aufgewickelt wird, daß sich der Streifen teilweise selbst überlappt und eine Mehrzahl von Matteschichten in einem Durchgang entsteht. Der Mattestreifen 20 ist außerdem einer der Wickelspannung der Walze 6o entgegengesetzten Bremsspannung unterworfen, durch die die Streifenbreite um wenigstens 3 % verringert wird. Die Spannung, unter welcher der Mattestreifen 20 auf die Walze 60 aufgewickelt wird, reicht vorzugsweise aus, um die Hinterkante des Mattestreifens 20 um mindestens 3 % stärker zu strecken als seine Vorderkante an der Berührungsstelle mit der Walze gestreckt wird. Aufgrund der stärkeren Streckung der Hinterkante umhüllt der Mattestreifen die an der Hinterkante bereits vorhandene größere Materialdicke, wo schon eine Mehrzahl von Matteschichten aufgebaut worden ist.

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Zur Erzeugung der für diesen Vorgang erforderlichen Bremespannung durchläuft der Mattestreifen 20 ein Spannrollengerät, das zwei mitlaufende RolJtn 25 und 26 sowie eine beweglich gelagerte Rolle 27 enthält. Die bewegliche Rolle 27 ist auf einem Arm 28 gelagert, der um eine Achse 29 schwenkbar ist. Ein aufgesetztes Gewicht 30 sorgt für die optimale Bremsspannung, um die erwünschte Aufwicklung unter Spannung zu erzielen. Auf die jeweilige Stellung der auf dem Schwenkarm 28 gelagerten beweglichen Rolle 27 spricht ein Abfühlgerät 31 an, das aus einem Pneumatik-Steuerventil bestehen kann und durch die Bewegung des Schwenkarms 28 seine Einstellung ändert. Über Das Ventil wird die über die Leitung 32 beaufschlagte Luftdruckbremse 33 in Abhängigkeit von der Stellung der beweglichen Rolle gesteuert, so daß die Drehbewegung des Spulenträgers 23 entsprechend verzögert wird.

Wenn die entgegen der Aufwiokelspannung wirkende Bremsspannung zunimmt, wird die Rolle 27 nach oben bewegt, Diese Aufwärtsbewegung der Rolle 27 verursacht eine Verstellung des Schwenkarms 28, die dem AbfUhlgerät 31 anzeigt, daß die durch die Leitung 32 der Bremse 33 züge führte Luftmenge verringert werden muß. Je weniger Druckluft der Bremse 33 zugeführt wird, desto weniger wird die Drehbewegung des Spulenträgers 22 gebremst und desto geringer wird auch die Brems spannung. Die Verringerung der Bremsspannung führt zu einer Absenkung der beweglichen Rolle 27. Die Bewegung bzw. die jeweilige Stellung der Rolle 27 bestimmt somit die Oröße der auf den Spulenträger 22 ausgeübten Bremsspannung beim Abwickeln des Mattestreifens.

Um die Bremsepannung noch weiter zu stabilisieren, wird der Mattestreifen über eine Mehrzahl von GIeitspannungsflachen geführt, die gemäß Fig. 3 aus mehreren nicht drehbaren Stangen 36, 37, 38, 39 und 40 bestehen. In Abhängigkeit von dem Um-

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sohlingungswinkel der Stangen 36 - 4O wirken auf den Mattest reif θ η 20 veränderliche Reibspannungswerte ein. Aus der in Fig. 4 angegebenen und erläuterten Gleichung geht hervor, daß die Kraft T₁ gleich ist der das Material über die Oberfläche ziehenden Kraft T₂ ¹^l ^e (annähernd 2,72) mit einem Exponenten, der aus dem Produkt des Reibungskoeffizienten f und dem Umschlingungswinkel a in Bogengrad besteht. Durch Vergrößerung des Umschlingungswinkels wird auch die Spannung T₂ erhöht, die erforderlich ist, um den Streifen über die Stange m zu ziehen.

Entsprechend Fig. 3 erzeugen die Oberflächen der Stangen 36 eine Reib- oder Gleitspannung, die gegenüber einer Federspannung ausgeglichen ist. Die Gleitstangen 37 und 39 sind an Scherengliedern 4l bzw. 42 befestigt, die auf der Stange 38 gelagert sind. Die entgegengesetzten Enden der Glieder 4l und 42 sind durch eine Feder 43 so verbunden, daß Gleitstangen und 39 zur Bewegung gegeneinander vorgespannt sind.

Wenn der Mattestreifen 20 über die ortsfesten nicht drehenden Oberflächen 36 bis 40 gleitet, wird in gewissem Umfang eine Bremsspannung erzeugt. Als Folge dieser Bremsspannung werden die Stangen 37 und 39 auseimnder bewegt. Zusätzlich verringert sich der Umschlingungswinkel des Mattestreifens 20 an sämtliehen Stangen 36 bis 40, so daß die auf den Streifen 20 wirkende Bremsspannung nachläßt. Indem sich aber die Stangen 37 und 39 weiter auseinander bewegen, bewegen sich auch die Bauteile 4l und 42 auseinander, so daß sich die Spannung der Feder 43 erhöht. Die bei Streckung der Feder 43 zunehmende Federkraft *lrkt der durch die Gleitflächen erzeugten Spannung entgegen, so daß die Bauteile 41 und 42 wieder enger zusammenkommen. Durch Wahl von Oberflächen für die Gleitstangen 36-40 mit einem geeigneten Reibungskoeffizienten bezüglich des Mattest reif ens 20 und durch geeignete Bemessung einer Feder 43 wird ein Gleichgewichtszustand erreicht, bei dem ein bestimmter

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einstellbarer Bremsspannungswert der durch Bewegung des Streifens über jeweils einen Teil der Oberfläche oder Gleitstangen 36 - 40 entsteht, durch die Spannung in der Feder 4j ausgeglichen ist. Auf diese Weise lassen sich größere Änderungen in der Bremsspannung wirksam vermeiden.

Das Ziel dieser Maßnahmen ist eine gleichbleibende Aufwiokelspannung, mit der die Breite des Mattestreifens 20 beim Aufwickeln auf die Walze 60 verringert werden kann. Durch geeignete Wahl der parameter und unter Berücksichtigung der jeweils verwendeten Fasern und der Dichte der genadelten, nicht gewebten Matte läßt sich die Brems spannung erreichen, um die Breite des Streifens um wenigstens 3 % zu verringern.

Mit diesem Verfahren wurden Walzen unter Verwendung eines Streifens mit einer Breite von 152,5 mm so umwickelt, daß die Streifenbreite an der Berührungsstelle mit der Walze etwa mehr als 139,7 mm betrug.

Zur Tränkung des Mattestreifens 20 läßt man gemäß Fig. 3 von einem Behälter 52 in Richtung des Pfeiles 53 Harz ausfließen. Das Harz wird nur auf eine Seite des Streifens aufgegeben, damit mitgerissene Luft entweichen kann. Beim Abwärtslauf des Mattestreifens rund um die Führungsrolle 44 entsteht zwischen den Rollen 44 und 46 ein mit flüssigem Harz hochgestmuter Walzenspalt 45. Die auf die Walze 46 ausgeübte Spannung sorgt dafür, daß überschüssiges Harz aus dem Spalt 45 durch den Mattestreifen 20 hindurchgedrUokt wird, wobei mitgerissene Luft ausgedrückt und der Mattestreifen 20 weiter getränkt wird. Anschließend durchläuft der Streifen das Harzbad im Behälter 48 und wird nach oben auf die Walze 60 gezogen. Häufig wird Harz im Überschuß zugegeben, gegebenenfalls zwei bis dreimal mehr als benötigt wird, wobei man dieses überschüssige Harz vor dem Aushärten von der Walze 60 ablaufen läßt und in einem Behälter 50 auffängt. Die beim Aufwickel-

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Vorgang entstehende Spannung quetscht das überschüssige Harz von der getränkten Matte ab, so daß eine Matte verbleiet, die zwischen 10 bis 40 Gewichtsprozent Pasern und zwischen 60 und 90 Gewichtsprozent Harz enthält.

Sobald das Harz abgebunden hat, kann die Walze maschinelle bearbeitet werden durch Einbringung von Nuten, durch Schleifen oder zusätzliche Abänderungen in der Walzenoberfläche, so daß eine Walze für eine Vielzahl von Einsatzgebieten hergestellt werden kann. Die Walze kann in der Textilindustrie, bei der Metallverarbeitung, in Druckereien oder anderen technischen Prozessen zur Anwendung kommen. Walzen mit dem Überzug gemäß der Erfindung finden häufig auch in der Papierindustrie Anwendung.

Walzen mit im wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufenden Nuten haben sich in Pressenpartien von papiermaschinen als besonders geeignet erwiesen. Durch Versuche wurde festgestellt, daß der Walzenüberzug eine Anzahl erheblicher Vorteile besitzt· Im Betrieb schließen sich die Nuten nicht. Die Rolle kann mit einer bleibenden Balligkeit versehen werden, da das verwendete Material keine Kriech- oder Fließeigenschaften besitzt. Der Walzenbetrieb ist auch bei sich ändernden Tempeh türen möglich, ohne daß wie bei anderen bekannten Überzugsmaterialien nachteilige Auswirkungen eintreten, wo die zwischen den Nuten bestehenden Materialstege brechen. Häufig befinden sich die inneren Bereiche des Überzuges auf einer beträchtlich höheren Temperatur als die Walzenoberfläche, die eine beabsichtigte Kühlung durch Duschen oder durch das in der Papierbahn enthaltene Wasser erfährt. Im Gegensatz zu Überzügen aus Gummi oder anderem Material hält die erfindungsgemäße Zusammensetzung diesen Temperaturänderungen stand, ohne daß die zwis eben den Nuten stehenden Materialrippen brechen, DArüber hinaus wurden keine nachteiligen Wirkungen beobachtet, wenn die Walzen mit Chemikalien oder mit Lösungsmitteln in Berührung kommen, wie sie als Filzreiniger in der Pressenpartei einer papiermaschine

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verwendet werden. Das Anhaften von Papierstoffasern in den Nuten bleibt gering, da die Materialzusammensetzung des Überzuges leicht so bearbeitet und poliert werden kann, daß eich eine glatte saubere Oberfläche ergibt.

Versuche mit WalzenüberzUgen gemäß der Erfindung haben gezeigt, daß genutete oder nicht genutete Walzen bei Umfangsgeschwindigkeiten bis zu 18OO m/min und einer Walzenbelastung von 175 kg/cm über sehr lange Zeitdauer ohne Schaden eingesetzt werden können. Versuchsweise in Pressenpartien eingebaute Walzen gemäß der E* findung haben teilweise langer als drei Monate störungsfrei gearbeitet, wogegen Walzen mit herkömmlichem Dberzugsmaterlai, wie Gummi, höchstens eine Woche lang im Betrieb bleiben können. Darüber hinaus wird die Papierqualität aufgrund der Widerstandsfähigkeit gegenüber Wärmeschock verbessert. Selbst bei Kühlwasserduschen mit einer Temperatur von 15⁰C in der Pressenpartie haben sich keine nachteiligen Auswirkungen gezeigt. Im Gegensatz dazu ist es bei Gummi beschichteten Walzen nioht möglich, die KUhlwassertemperatur unter 4^° C zu senken.

Ungenutete Walzen mit einer glatten Oberfläche konnten auoh erfolgreich in Glättwerken eingesetzt werden und haben dort die Wirtschaftlichkeit der papierverarbeitung wesentlich verbessert. Die Verwendung einer Walze aus rostfreiem Stahl oder anderem Metall in Verbindung mit einer zweiten Metallwalze hat bisher in diesem Zusammenhang meist zu einer Beschädigung des Papiersgeführt. Deshalb hat man eine Stahlwalze gegen eine Walze mit einem weicheren Uberzugsmateriai arbeiten lassen, um auf dem Papier den erwünschten Effekt zu erzielen. Jedooh waren diese weicheren Materialien nioht in der Lage, den Betriebsanforderungen Über eine wirtschaftliche Zeitdauer standzuhalten. Gemäß Fig. 5A arbeitet eine mit Gummi besohiohtete Walze mit einer treibenden Walze aus rostfreiem Stahl zusammen. Die den erheblichen DrUcIe η ausgesetzte Gummibeschichtung wird dabei zerstört. Die Geschwindigkeit der Stahlwalze SS wird an

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ihrer Oberfläche S durch die Antriebsdrehzahl SS bestimmt. Wann die Stahlwalze SS die treibende Walze ist, entspricht die Umfangsgeschwindigkeit der gummibeschichteten Walze R im Walzenspalt Sr der Geschwindigkeit der Stahlwalze. Da jedoch Gummi inkompressibel und elastisch ist, wird der Oberzug im Walzenspalt gestreckt, so daß die Umfangsgeschwindigkeit der mit Gummi beschichteten Walze R an einer Stelle neben dem Walzenspalt Sn geringer ist als die Geschwindigkeit der treibenden Stahlwatbe SS. Auf diese Weise Mndert sich während jeder Umdrehung der mit Gummi beschichteten Wa?.ze ihre Umfangsgeschwindigkeit. Diese dauernde Geschwindigkeitsänderung zerstört den Gummibelag sehr schnell.

In Fig. 5B 1st der Fall dargestellt, bei dem eine Walze SS aus rostfreiem Stahl mit einer mit Füllstoff versehenen Walze F unter gleichen Bedingungen zusammenarbeitet. Auch hier ist die Geschwindigkeit S der treibenden Stahl walze SS über ihren Umfang konstant und entspricht der Geschwindigkeit Sn der Walze S im Walzenspalt. Da jedoch die gefüllte Walze F kompressibel ist, wird deren Oberfläche im Walzenspalt eingedrückt, so daß die Umfangsgeschwindigkeit SF der Walze F an einer Stelle neben dem Walzenspalt größer ist als die Geschwindigkeit S der Stahlwalze SS. Auch hier führen die dauernden und schnell vor sich gehenden Geschwindigkeitsänderungen der gefüllten Walze F bald L· zu deren Zerstörung.

Fig. 5C zeigt eine ähnliche Anordnung unter Verwendung einer treibenden Walze SS aus rostfreiem Stahl und einer Walze C gemäß der Erfindung. In diesem Fall bleibt die Umfangsgeschwindigkeit S der Stahl walze SS wiederum koatant und entspricht der Geschwindigkeit Sn der Walze C im Walzenspalt. Oa der Überzug der erf indungsgeraäßen Walze wie bei einer Oummibesohiohtung gestreckt werden kann, tritt eine ähnliohe Wirkung wie im Beispiel nach Fig. 5& auf. Oa jedoch die erfindungsgemäße Materialzusammensetzung auch kompressible ist, tritt auf ihrer Oberfläche die gleiche Wirkung wie beim

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Beispiel nach Fig. 5B ein. Aufgrund der Streckung und Kompressibilität verändert sich somit die Geschwindigkeit Sc der Rolle C nach der Erfindung nicht bezUglioh der Geschwindigkeit S der Stahlwalze oder bezüglich der Geschwindigkeit Sn im Walzenspalt. Obwohl das Material deformiert und zusammengedrückt wird, ändert die Oberfläche selbst ihre Geschwindigkeit nicht. Die erhebliche Verlängerung der Lebensdauer der Oberfläche einer Walze, bestehend aus einer Materialausammensetzung gemäß der Erfindung ist nicht nur theoretisch voraussagbar, sondern hat sich auch durch Untersuchungen bestätigt. Die verlängerte Lebensdauer des Walzenüberzugs hat dazu geführt, daß eine derartige papierveredelungsvorrichtung wirtschaftlich betrieben werden kann.

Die erfindungsgemäß erzielten vorteilhaften Eigenschaften sind nicht zu erwarten gewesen. Die Materialzusammensetzung besitzt einen hohen Elastizitätsmodul (sowohl das Fasermaterial als auch das Kunstharz), der mit gefüllten Elastomeren in der erforderlichen Härte für industrielle Anwendungen nicht erreichbar ist. Der Walzenüberzug besitzt eine ungewöhnliche Fähigkeit, hohen Spaltbelastungen und Geschwindigkeiten standzuhalten und ist dennoch ohne Zerstörungsgefahr in der Lage, sehr starke Stoß- und Temperaturbeanspruchungen auszuhalten. Der Überzug besitzt eine äußerst niedrige Hysterese. Die vorbeschriebene Materialzusammensetzung weist unter dynamischen Bedingungen praktisch keine Kriech- oder Fließeigenschaften auf, so daß im Hinblick auf die papierverarbeitung ein Überzug entsteht, der keine Markierungen hinterläßt. Aufgrund dir praktisch fehlenden Fließeigenschaften aus Materials kann die Balligkeit der Walze aufrechterhalten werden, womit das Entstehen einer welligen Oberfläche und das Schließen der Nuten vermieden wird. Wie bereits erwähnt, tritt in der Oberflächengeschwindigkeit vor und hinter dem Walzenspaltbereich keine Änderung ein.

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In den Fällen, wo eine Walze bei hoher Geschwindigkeit und/ o4er unter starker Belastung eingesetzt wird, erhöht »ich bei Einsatz der erf indungs ge mäßen Walze die Lebensdauer des Überzuges beträchtlich, und gleichzeitig wird in der Praxis der jeweilige Verfahre ns gang beträchtlich verbessert. Bei der Papierherstellung können Walzen gemäß der Erfindung als Preßwalzen, Kaianderpre ßwaizen, Saugwalzen (mit eingebohrten Löchern), mit Nuten versehene Saugwalzen, Walzen mit verschiedener Balligkeit, Saugpreßwalzen, Brustwalzen, Gautschwalzen, Siebumlenkwalzen und Tischwalzen, Feuchtigkeitsglättwaizen, Maschinenkaianderwaizen u.dgl. eingesetzt werden, Um die Walzenoberfläche mit der jeweils erforderlichen Härte zu versehen, wird die Faserdichte und das Harz geeignet gewählt.

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Claims (16)

Patentansprüche

1. Walze mit einem Mai te1 aus Fasermaterial und Kunstharz, zur Anwendung bei hohen Betriebsgeschwindigkeiten und hohen Spaitdrücken, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug (14) eine Materialzusammensetzung aufweist, die aus einer gönadelten niohtgewebten Matte aus Acrylfasern, Polyesterfasern oder einer Mischung dieser besteht und mit einem hitzehärtbaren Harz der Epoxidart gebunden und verklebt ist, wobei die Zusammensetzung zwischen 10 und 4o Gewichtsprozent Fasermaterial und zwischen 60 und 90 Gewichtsprozent Harz enthält.

2. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Elastizitätsmoduln von Fasern zu gehärtetem Harz im Bereich zwischen 10:1 bis 1:10 liegt.

3. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Elastitzitatsmoduln von Fasern zu gehärtetem Harz im Bereich zwischen 3:2 und 2ij> liegt.

4. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung zwischen 15 und 30 Gewichtsprozent Fasern und zwischen 70 bis 85 Gewichtsprozent Harz enthält.

5. Walze nach Anspruch 1, dadaroh gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung zwischen 20 bis 25 Gewichtsprozent Fasern und zwischen 75 und 80 Gewichtsprozent Harz enthält.

6. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche eine Mehrzahl benachbarter Stege (16) aufweist, zwischen denen sich im wesentlichen in Umfangsrichtung der Walzenoberfläche erstreckende Nuten (l8) angeordnet sind.

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7. Walze nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet« daß wenigstens 15 Nuten auf je lo cm Axiallänge der Walze vorgesehen sind.

8. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die

ρ Matte ein Gewicht von wenigstens 135 g/m besitzt.

9. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die

2 Matte ein Gewicht von wenigstens JkO g/m besitzt.

10. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das

) Harz ein Epoxid-Äquivalentgewicht von wenigstens 100 aufweist.

11. Verfahren zur Herstellung einer Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

a) ein kontinuierlicher Streifen (20) aus Matte auf die Walze (60) bei gleichmäßiger Geschwindigkeit und mit einem Wickelwinkel aufgewickelt wird, der ausreicht, um in einem Durchgang eine Mehrzahl von Matteschichten aufzuwickeln,

b) gleichzeitig der Streifen von einer Haltevorrichtung (22) unter ausreichender Bremswirkung abgewickelt wird, damit der Streifen unter einer solchen Spannung auf die Walze (6o) aufgewickelt lwird, daß die Streifenbreite um wenigstens

. 2 % verringert wird,

' c) der Streifen (20) vor dem Aufwickeln mit einem Harz getränkt wird und
d) das Harz zur Bildung der Zusammensetzung gehärtet wird.

12. Verfahren naoh Anspruch 11, daduroh gekennzeichnet, daß die Walzenoberfläche nach dem Härten des Harzes spanend bearbeitet wird.

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13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, das eine Spannung solcher Größe auf den Streifen ausgeübt wird» das die In Wickelriohtung hintere Kante de.s Streifen« (20) um wenigstens 3 % mehr als seine Vorderkante an der Beftthrungsstelle mit der Walze (60) gestreckt wird.

14. Verfahren nach Anspruh 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Streifen beim Abwickeln von der Streifenhaitevorrichtung (22) gebremst wird, um dadurch eine Bremsspannung zu erzeugen.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Mattestreifen (20) zur Steuerung der Bremsspannung über eine Rollenspannung (26, 25, 27) geführt wird, um dadurch die Lage einer beweglichen Rolle (27) in Abhängigkeit von der Größe der Bremsspannung einzustellen, wobei die Vorrichtung die Bremsspannung so verändert, daß die bewegliche Rolle die Lage einnimmt, bei der die Brems spannung die Streifenbreite während des Aufwiokelns um wenigstens j5 % verringert.

16. Verfahren nach Anspruch I5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Stabilisierung der Bremsspannung der Mattestreifen (20) über mehrere Gleitflächen (36 - 4o) geführt wird, die gegen eine Ausgleichsfeder (43) so ausgeglichen sind, daß sich die Größe der Bremsspannung mit dem Betrag von der Federausgleichsspannung ändert und dadurch wesentliche Änderungen in der Bremsepftnnung beseitigt sind.

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