DE2734268A1

DE2734268A1 - Rotationskoerper, insbesondere walze

Info

Publication number: DE2734268A1
Application number: DE19772734268
Authority: DE
Inventors: Gerhard Luhmann
Original assignee: TH Goldschmidt AG
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 1977-07-29
Filing date: 1977-07-29
Publication date: 1979-02-08
Also published as: IT7848848A0; IT1102693B

Description

Rotationskörper, insbesondere Walze
Patentansprüche: Seite 2 - 3 Beschreibung: Seite 4 - 13 Zeichnung: Seite 14 Die Erfindung betrifft einen Rotationskörper mit geringer Masse und geringem Trägheitsmoment, mit einem Metallmantel, dessen Innenraum mit Füllmaterial geringer Dichte ausgefüllt ist.
Solche Rotationskörper werden z.B. als Umlenkwalzen zum Führen von bahnförmigen Materialien, wie Textilbahnen, Papierbahnen, Bahnen von Metallfolien und dgl. eingesetzt.
Sie sind in der Regel nicht angetrieben, sondern werden durch die Umschlingung des bahnförmigen Gutes geschleppt.
Geschwindigkeitsänderungen dieser bahnförmigen Materialien führen zur Beschleunigung oder Verzögerung der Drehbewegung, wobei die auf das bahnförmige Material einwirkenden Reaktionskräfte proportional zum Massenträgheitsmoment des Rotationskörpers sind. Weist die Walze einen zusätzlichen Freiheitsgrad auf, wie z.B. bei der translatorischen Bewegung einer Bahnzugregelung (z.B. Tänzerwalze), so überlagern sich die Massenkräfte aus der Änderung der translatorischen und der rotatorischen Bewegung.
Rotationskörper, insbesondere Walzen, für derartige Anwendungszwecke werden nach dem Stand der Technik hauptsächlich zerspanend aus Rohrhalbzeugen hergestellt. Sind die Ansprüche an die Präzision der Walzen geringer, kann man die Walzen auch aus gezogenen, gepreßten oder geschweißten Rohren herstellen. Wegen der elektrischen Leitfähigkeit werden überwiegend metallische Werkstoffe verwendet.
Dünnwandige, massearme Walzen konnten nur auf Kosten der Präzision gefertigt werden, da die Halbzeuge den Bearbeitungskräften standhalten müssen. Die Wanddicken liegen dabei im Bereich von einigen Millimetern.
Die Walzendurchmesser können nicht beliebig verringert werden. Bei zu kleinem Durchmesser besteht die Gefahr der Durchbiegung, kritischer Schwingungen und zu starker Verformung des geführten Gutes aufgrund zu geringer Biegeradien.
Bedingt durch die Zerspanung und gegebenenfalls anschließende Oberflächenbehandlung ist die Herstellung massiver oder rohrförmiger Walzen mit hohen Kosten verbunden. Sie weisen ein hohes Materialgewicht auf und erfüllen deshalb nicht die Bedingung einer Walze mit geringer Masse und geringem Trägheitsmoment.
Es sind auch bereits Walzen bekannt geworden, welche als Hohlzylinder ausgebildet sind, deren Hohlraum mit Schaumstoff ausgefüllt ist. Die Wandstärke des Hohlzylinders beträgt dabei etwa 3 mm. Hierdurch wird zwar das Gewicht derartiger Walzen auf etwa 25 % des Gewichtes von Kernwalzen (Massivwalzen) verringert, jedoch ist das Gesamtgewicht auch dieser Walzen für viele Anwendungszwecke zu hoch, da, bedingt durch die Masse und die Verteilung der Masse über den Radius, das Trägheitsmoment der Walzen noch relativ groß ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Rotationskörper, insbesondere Walzen, zu schaffen, welche eine geringe Masse aufweisen und außerdem ein geringes Trägheitsmoment besitzen. Sie sollen in einfacher Weise hergestellt werden können. Die Oberfläche der Rotationskörper soll aus chemisch und mechanisch beständigem Material bestehen.
Es wurde nun gefunden, daß die geforderten Eigenschaften bei einem Rotationskörper, insbesondere einer Walze, zu finden sind, dessen Metallmantel eine Wanddicke von 0,03 bis 0,5 mm aufweist. Der von dem Mantel umschlossene Raum ist in an sich bekannter Weise mit einem Füllmaterial geringer Dichte ausgefüllt.
Die Herstellung eines einlagigen Metallmantels einer Wanddicke von 0,03 bis 0,5 mm gelingt auf wirtschaftliche und technisch einfache Weise auf galvanischem Wege. Der erfindungsgemäße Rotationskörper weist deshalb bevorzugt einen Metallmantel auf, der aus einer oder mehreren galvanotechnisch erhaltenen Metallschichten besteht. Hierbei wird das Metall an der Innenwand einer geeigneten Form, z.B. eines Rohres, dessen Innenwand elektrisch leitend ist, abgeschieden. Als Metall oder Legierung zur Herstellung des Metallmantels eignen sich alle Metalle oder Legierungen, welche sich galvanotechnisch erzeugen lassen. Dabei sind insbesondere Metalle oder Legierungen von Interesse, welche bei der späteren Verwendung keinen zusätzlichen Korrosionsschutz erfordern. Beispiele solcher Metalle sind Kupfer, Nickel, Chrom, aber auch Legierungen wie Messing, Bronze, die sich direkt galvanotechnisch erzeugen lassen.
Es besteht dabei die Möglichkeit, den Metallmantel galvanotechnisch aus mehreren Lagen verschiedener Metalle oder Legierungen herzustellen, indem man in der Form zunächst eine Metallschicht abscheidet, welche später die äußere Oberfläche der Walze bildet, und auf dieser Schicht eine zweite Schicht eines hiervon verschiedenen Metalles niederschlägt. Hierdurch gelingt es, insbesondere die äußere Oberfläche des Metallmantels den anwendungstechnisch geforderten Bedingungen, wie z.B. Oberflächenglätte, elektrische Leitfähigkeit, anzupassen.
Eine weitere Ausbildung des Gegenstandes der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Metallmantel aus gewickelten Metallfolien besteht.
So kann man den Metallmantel des Rotationskörpers und insbesondere der Walze dadurch herstellen, daß man auf einen Formkern Metallfolien bis zur Erzielung der gewünschten Wanddicke aufwickelt. Geeignete Folien sind z.B. Kupferfolien oder Aluminiumfolien, die sich zu sehr geringer Dicke auswalzen lassen. Hierbei empfiehlt es sich, die Metallfolie vorzugsweise einseitig mit einem an sich bekannten Metallkleber zu versehen bzw. eine Klebfolie beim Aufwickeln einzulegen, um nach dem Aufwickeln der Folie auf den inneren Kern die einzelnen Folienlagen miteinander verkleben zu können. Als Metallkleber eignen sich hierfür die an sich bekannten Metallkleber, z.B. auf Basis von Mischungen aus Phenolformaldehydharz und Polyvinylformal oder Härter enthaltende Kleber auf Epoxidharzbasis,DieVerklebung wird dabei insbesondere durch Einwirkung von Wärme durchgeführt.
Durch galvanotechnische Verfahren erzeugte Metallhohlkörper der geforderten Wanddicke von 0,03 bis 0,5 mm sind bevorzugt, da sie, bedingt durch die Herstellung, nahtlos sind.
Der von dem Metallmantel umschlossene Raum wird nun mit einem Füllmaterial geringer Dichte, z.B. in an sich bekannter Weise mit Schaum ausgefüllt. Füllmaterialien mit geringer Dichte sind insbesondere solche, welche eine poröse, zellige Struktur aufweisen, dabei kann das Füllmaterial anorganischer oder organischer Art sein.
Dabei ist ein Füllmaterial organischer Art in Form eines Schaumstoffes bevorzugt. Geeignete Schaumstoffe sind z.B.
Schaumstoffe aus Polyurethan, Phenolharz, Polyvinylchlorid oder Polystyrol. Bevorzugt sind dabei Polyurethanschaumstoffe, welche in dem vorgefertigten Rotationskörper durch Zusammengeben der Schaumkomponenten direkt aus schaumbildenden Komponenten, d.h. Polyätherpolyolen oder Polyesterpolyolen und mehrfunktionellen isocyanaten in Gegenwart von Wasser oder organischen Treibmitteln erzeugt werden können.
Die elastischen Eigenschaften der Rotationskörper können durch geeignete Wahl des Füllmaterials beeinflußt werden. Insbesondere bei Verwendung von Schaumstoffen auf Polyurethanbasis besteht hier die Möglichkeit der Ausfüllung des Hohlraumes des Rotationskörpers mit Schaumstoffen unterschiedlicher Elastizität und Rückstellkraft. Hochelastische Polyurethanweichschäume mit entsprechender Rückstellkraft können dabei einer bleibenden Verformung des Rotationskörpers entgegenwirken.
Anstelle des organischen Schaumstoffes kann man auch Füllmaterialien auf anorganischer Basis verwenden. Geeignete Füllmaterialien mit einer Porenstruktur sind z.B. auf geblähte Materialien auf Silikatbasis, wie z.B. Perlit oder Bentonit. Hierbei empfiehlt es sich jedoch, diese Materialien zu verfestigen, indem man diese z.B. mit einem erhärtenden Kunstharz imprägniert und dieses nach dem Einfüllen des Füllmaterials in den Rotationskörper aushärtet. Hierfür eignen sich insbesondere Phenolformaldehydharze oder Silikonharze, die mit- einem Härter versehen durch Einwirken erhöhter Temperaturen ausgehärtet werden.
Im allgemeinen wird man jedoch die Verwendung organischer Füllmaterialien bevorzugen.
Es kann von Vorteil sein, die Dichte des Füllmaterials über den Radius des Rotationskörpers unterschiedlich zu halten.
Dabei ist es insbesondere bevorzugt, die dem Metallmantel benachbarten Zonen mit einem Schaumstoff höherer Dichte auszukleiden, um auf diese Art die Festigkeit des Rotationskörpers zu beeinflussen und insbesondere die mechanischen Eigenschaften im Randbereich zu erhöhen. Hierdurch kann z.B. einer Durchbiegung einer Walze entgegengewirkt werden und/oder die örtliche Verformung durch Druckeinwirkung verringert werden.
Insbesondere bevorzugt sind sogenannte Integralschäume mit zur Grenzfläche steigender Dichte.
Die erfindungsgemäßen Rotationskörper können eine starr oder drehbar gelagerte Achse aufweisen. Weist der Rotationskörper, insbesondere die Walze, eine drehbar gelagerte Achse auf, wird die Achse zweckmäßig von einem Mittelrohr umgeben. In diesem Fall ist der aus Mittelrohr und Metallmantel gebildete Hohlraum mit dem Füllmaterial geringerer Dichte ausgefüllt.
Zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit des Rotationskörpers, insbesondere bei sehr niedrigen Verhältnissen Durchmesser zu Länge, kann das Mittelrohr so ausgestaltet werden, daß es tragende und versteifende Funktionen hat. Es kann z.B.
die Form eines Doppelkegels oder eines Zylinders mit angesetzten Kegeln aufweisen.
Der erfindungsgemäße Rotationskörper wird, wie bereits beschrieben, vorzugsweise dadurch hergestellt, daß man den Metallmantel in einer gegebenenfalls mehrteiligen Form in einer Schicht oder mehreren Schichten galvanoplastisch erzeugt und den erhaltenen Hohlkörper noch in der Form gegebenenfalls mit der gewünschten Achskonstruktion versieht, den verbleibenden Hohlraum in an sich bekannter Weise mit dem gewünschten Füllmaterial ausfüllt und anschließend den Rotationskörper der Form entnimmt.
Ein weiteres Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Rotationskörpers ist dadurch gekennzeichnet, daß man den Metallmantel durch Aufwickeln mehrerer Lagen Metallfolien auf einen Formkörper herstellt, diesen vorgefertigten Mantel mit einer Außenform umgibt, die Innenform entfernt, gegebenenfalls die gewünschte Achskonstruktion einsetzt, den verbleibenden Hohlraum in an sich bekannter Weise mit dem gewünschten Füllmaterial ausfüllt und anschließend den erhaltenen Rotationskörper der Form entnimmt. Die Innenform kann aus einem hydraulisch vorgespannten Rohr bestehen, welches nach Entspannung dem Rotationskörper entnommen werden kann.
Sollen die Metallfolienlagenmiteinander verklebt werden, verwendet man vorzugsweise einseitig mit einem Metallkleber versehene Folien oder legt beim Aufwickeln der Folie eine Klebfolie ein, wobei nach dem Aufwickeln der Folien der Metallkleber insbesondere durch Wärmeeinwirkung aktiviert und ausgehärtet wird. Der so vorgefertigte Metallmantel wird nun mit einer Außenform umgeben und die Innenform entfernt. Der durch Aufwickeln gebildete Hohlkörper, welcher sich nun in einer Außenform befindet, wird gegebenenfalls nach Einsetzen der gewünschten Achskonstruktion, wie bereits geschildert, mit dem gewünschten Füllmaterial ausgefüllt, insbesondere ausgeschäumt und dann der Form entnommen.
Die erfindungsgemäßen Rotationskörper besitzen die geforderte geringe Masse und weisen ein geringes Trägheitsmoment auf.
Der auf galvanoplastischem Wege hergestellte Metallmantel ist nahtlos. Die Oberflächengüte der Rotationskörper erfüllt hohe Ansprüche, so daß eine besondere Nachbearbeitung im Regelfall entfällt. Die erfindungsgemäßen Rotationskörper lassen sich mit hoher Reproduzier- und Formgenauigkeit herstellen, wobei ein zusätzlicher Vorteil die relativ geringen Herstellkosten ist.
In den Abbildungen 1 bis 3 ist ein erfindungsgemäßer Rotationskörper in Form einer Walze im Längsschnitt dargestellt.
In Abbildung 1 ist eine erfindungsgemäße Walze dargestellt, in welcher der Metallmantel mit 1 bezeichnet ist. Der Metallmantel ist mit Endscheiben 2 verschlossen, durch welche eine starre Achse 4 geführt ist, die drehbar in Lagern 3 gelagert ist. Das Füllmaterial geringer Dichte ist mit 6 bezeichnet. Dabei weist das Füllmaterial im Mantelbereich eine mit 7 bezeichnete Zone höherer Dichte auf.
In Abbildung 2 ist eine ballige Ausführung einer Walze gezeigt, in welcher wiederum mit 1 der Metallmantel, mit 2 die Endscheiben und mit 6 der Fillstoff geringer Dichte bezeichnet ist. Die Achse 4 ist drehbar in Lagern 3 gelagert und von einem Mittelrohr 5 umgeben.
Eineweitere Ausgestaltung eines Rotationskörpers zeigt die Abbildung 3. Hier ist das Mittelrohr 5 doppelkonisch mit einem Mittelteil ausgeführt.
Leerseite

Claims

Patentansprüche 1. Rotationskörper, insbesondere Walze, mit geringer Masse und geringem Trägheitsmoment, mit einem Metallmantel, dessen Innenraum mit Füllmaterial geringer Dichte ausgefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallmantel eine Wanddicke von 0,03 bis 0,5 mm aufweist.
2. Rotationskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallmantel aus einer oder mehreren galvanotechnisch erhaltenen Metallschichten besteht.
3. Rotationskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallmantel aus gewickelten Metallfolien besteht.
4. Rotationskörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolien miteinander verklebt sind.
5. Verfahren zur Herstellung eines Rotationskörpers nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den Metallmantel in einer gegebenenfalls mehrteiligen Form in einer Schicht oder mehreren Schichten galvanoplastisch erzeugt und den erhaltenen Hohlkörper noch in der Form gegebenenfalls mit der gewünschten Achskonstruktion versieht, den verbleibenden Hohlraum in an sich bekannter Weise mit dem gewünschten Füllmaterial ausfüllt und anschließend den Rotationskörper der Form entnimmt.
6. Verfahren zur Herstellung eines Rotationskörpers nach Anspruch 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß man den Metallmantel durch Aufwickeln mehrerer Lagen Metallfolien auf einen Formkörper herstellt, diesen vorgefertigten Mantel mit einer Außenform umgibt, die Innenform entfernt, gegebenenfalls die gewünschte Achskonstruktion einsetzt, den verbleibenden Hohlraum in an sich bekannter Weise mit dem gewünschten Füllmaterial ausfüllt und anschließend den erhaltenen Rotationskörper der Form entnimmt.

7, Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die Lagen der einseitig mit Metallkleber versehenen Folie durch Aktivieren des Metallklebers, insbesondere durch Erwärmen miteinander verklebt.