DE3505827A1

DE3505827A1 - Walze oder rolle sowie verfahren zum herstellen einer solchen

Info

Publication number: DE3505827A1
Application number: DE19853505827
Authority: DE
Inventors: Gerhart 7000 Stuttgart Leuze
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-02-20
Filing date: 1985-02-20
Publication date: 1986-10-02
Also published as: DE3505827C2

Description

Walze oder Rolle sowie Verfahren zum Herstellen einer solchen Beschreibung Die Erfindung betrifft eine Walze oder Rolle sowie ein Verfahren zum Herstellen einer solchen.
Auf hohe Genauigkeit bearbeitete Walzen oder Rollen, wie sie beispielsweise zum Führen von Folienbahnen oder zum Führen von Papierbahnen bei der Herstellung oder beim Bedrucken verwendet werden, werden aus Metall unter spanender Bearbeitung hergestellt.
Nachteilig ist an diesen Walzen und Rollen, daß sie vom Materialeinsatz her aufwendig sind und große Masse haben. Sie eignen sich somit weniger zur Verwendung in Anlagen, in welchen eine rasche, trägheitsarme Änderung der Drehzahl gefordert wird.
Durch die vorliegende Erfindung soll daher eine Walze oder Rolle geschaffen werden, welche niedriges Gewicht und geringes Trägheitsmoment aufweist, jedoch von der Oberflächenqualität und Maßgenauigkeit her mit aus Metall gefertigten Walzen oder Rollen vergleichbar ist.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Walze oder Rolle gemäß Anspruch 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
Mit dem im Anspruch 8 angegebenen Verfahren läßt sich eine auf hohe Präzision gearbeitete Walze oder Rolle unter Verwendung eines Kunststoffkernes auf einfache Weise herstellen: Durch das thermische Auf spritzen der Oberflächenschicht rund um die gesamte Umfangsfläche des Kerns wird erreicht, daß diese Oberflächenschicht nach dem Abkühlen unter Aus- bildung einer Ringspannung sehr gut am Kern festhält. Da die Dicke der Oberflächenschicht mindestens so groß gewählt ist, daß sie Restschwankungen in der Herstellungsgenauigkeit des Kunststoffkernes ausgleicht, braucht man den Kunststoffkern nicht auf sehr hohe Genauigkeit zu arbeiten, was im Hinblick auf die dort zur Verfügung stehenden Herstellungsverfahren mit großen Schwierigkeiten verbunden wäre. Durch das spanende Abnehmen von Material von der Oberflächenschicht läßt sich einerseits die Rauhigkeit und der Griff der Walzenoberfläche genauso präzise einstellen wie bei voll aus Metall gefertigten Walzen oder Rollen. Auch das hoch maßgenaue Einstellen des Walzendurchmessers läßt sich so mit den hochentwickelten Techniken der spanenden Materialverformung, insbesondere des Schleifens bewerkstelligen.
Das im Anspruch 9 angegebene Verfahren ist im Hinblick auf die Herstellung sehr gut glatter Oberflächen von Vorteil, da das aufgebrachte weiche Material durch Verdrängen in die beim mechanischen Bearbeiten der thermisch aufgespritzten Schicht an der Oberfläche erhaltenen Poren gebracht wird und diese somit schließt.
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
In dieser zeigen: Figur 1: eine axiale, teilweise geschnittene Aufsicht auf eine Walze für eine Anlage zur Herstellung von Folien; und Figur 2: vergrößerte Schnitte durch Teilstücke der Walzenoberfläche in verschiedenen Stadien der Walzenherstellung.
Figur 1 zeigt eine insgesamt mit 10 bezeichnete Walze zum Führen einer Kunststoff-Folienbahn in einer Folienherstellungsanlage. Die Walze 10 ist hohlzylindrisch ausgebildet und hat eine zylindrische Umfangswand 12 sowie zwei diese an den Enden verschließende Stirnwände 14, 16. Von den Stirnwänden 14, 16 stehen angeformte Lagerzapfen 18 axial über.
Der Aufbau der Umfangswand 12 aus mehreren Schichten ist bei 20 in vergrößertem MaBstabe wiedergegeben: Die Umfangswand 12 umfaßt einen aus Kunststoff gefertigten Walzenkern 24 mit einer schematisch durch zwei Lagen 26, 28 aus Glasfasergewebe wiedergegebenen Armierung. Anstelle von Glasfasern können auch andere mechanisch hoch belastbare Fasern wie Kohlefasern verwendet werden; es können auch anstelle von Gewebelagen Fadengelege verwendet werden.
Das Kunststoffmaterial ist eine an sich in Verbindung mit derartigen Armierungen bekannte härtbare Mischung, z.B. eine Zweikomponenten-Harzmischung oder ein bei Bestrahlung mit Licht oder anderen Strahlen aushärtendes Harz. Falls gewünscht, kann dieses Kunststoffmaterial zusätzlich Füllstoffe enthalten, wie an sich bekannt.
Über dem Walzenkern 24 befindet sich eine Oberflächenschicht 30 aus porösem Stahlmaterial. Diese Schicht ist durch thermisches Spritzen aufgebracht. Die Außenfläche der Oberflächenschicht 30 ist durch mechanische Bearbeitung exakt zur Achse der Lagerzapfen 18 ausgerichtet, wie nachstehend noch genauer beschrieben wird.
Über der Stahl-Oberflächenschicht 30 befindet sich eine Zwischenschicht 32 aus auf der Außenseite poliertem Kupfer, und über der Zwischenschicht 32 liegt noch eine Deckschicht 34 aus galvanisch abgeschiedenem Chrom.
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf Figur 2 das Herstellungsverfahren der oben erläuterten Walze näher beschrieben, wobei jeweils ein kleiner Teil des äußeren Randes der Umfangswand 12 zur Veranschaulichung wiedergegeben ist.
In Figur 2 ist bei a) der Walzenkern wiedergegeben, welcher auf seiner Außenfläche z.B. durch spanende Bearbeitung oder auch schon aufgrund seiner Herstellung in einer Form auf ein Abmaß gegenüber dem gewünschten Enddurchmesser der Walze gearbeitet ist, welches mindestens 0,1 mm und höchstens 0,8 mm beträgt.
Bei b) ist der Walzenkern nach Aufrauhung seiner Oberfläche z.B. durch Sandstrahlen wiedergegeben. Die so erhaltenen Mikrounebenheiten der Oberfläche dienen als Verankerung für eine thermisch aufgespritzte Stahlschicht (Figur 2c)).
Das Aufbringen der Stahlschicht auf den Walzenkern erfolgt durch thermisches Spritzen in der Lichtbogen- oder Plasmaspritztechnik. Hierbei wird ein kontinuierlich zugeführter Stahldraht im Lichtbogen oder Plasma verflüssigt und durch einen Druckluftstrom in kleine Tröpfchen zerstäubt, welche von der Druckluft gegen den Walzenkern getragen werden. Die einzelnen Stahltröpfchen verbinden sich auf dem Walzenkern 24 zu der durchgehenden Oberflächenschicht 30, welche aufgrund des gewählten Herstellungsverfahrens eine Vielzahl von Poren 36 enthält.
Das thermische Spritzen von ~Stahl wird solange fortgesetzt, bis die Oberflächenschicht eine Dicke von etwas mehr als dem Walzenkern-Abmaß (max. 0,8mm) hat.
In einem weiteren Herstellungsschritt wird die so erhaltene Oberflächenschicht auf das gewünschte Endmaß der Walze heruntergeschliffen, wodurch man eine glatte und exakt maßhal- tige Mantelfläche der Walze erhält. Eine entsprechende Schnittdarstellung des Walzenrandbereiches ist in Figur 2 d) wiedergegeben. Man erkennt, daß von der Walzenmantelfläche verschiedene kleine Krater oder angeschnittene Poren ausgehen. Eine derartige Oberflächenbeschaffenheit ist in vielen Fällen erwünscht, z.B. zur Einstellung erhöhter Reibung oder zur Aufnahme von Schmiermittel oder dergleichen.
Durch die Arbeitsbedingungen beim thermischen Spritzen des Stählen läßt sich die Größe und Anzahl der Poren 36 auf sehr einfache Weise steuern. Damit kann über die Einstellung dieser Arbeitsparameter zugleich auch der "Griff" der Walzenmantelfläche auf einfache Weise gesteuert werden.
Für das thermische Spritzen der Oberflächenschicht 30 können viele unterschiedliche Materialien verwendet werden: Neben Stählen unterschiedlichster Zusammensetzung kommen auch andere Metalle in Betracht, z.B. Bronzen und Aluminiumlegierungen. Man kann auch beim Lichtbogenspritzen oder Plasmaspritzen gleichzeitig Materialien unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung zerstäuben und sich so für das Material der Oberflächenschicht 30 ad hoc eine jeweils geeignete Metallmischung einstellen.
Die Herstellung der Oberflächenschicht durch thermisches Spritzen erlaubt auch die Herstellung einer Walzenoberfläche aus Oxiden, Boriden und Karbiden, also sehr verschleißfesten Materialien. Die entsprechenden Zusätze sind in Form von Pulvern bzw. von in Hohldrähte eingeschlossenen Pulvern verfügbar und können ad hoc untereinander und mit metallischen Zusätzen gemischt werden. Insbesondere kann man so Oberflächenschichten aus Metall/Keramikmaterial (Cermets) erzeugen.
Man erkennt, daß man durch das thermische Spritzen der Oberflächenschicht 30 somit sowohl über die Spritz-Arbeitspara- meter (insbesondere Temperatur, Stärke des Druckluftstromes, pro Zeiteinheit zerstäubte Masse) als auch über die Auswahl des Materiales für die Oberflächenschicht 30 die Oberflächenqualität der Walze im Hinblick auf Härte, Verschleißfestigkeit, Griff und elektrische Eigenschaften in weiten Grenzen ändern kann, ohne daß hierzu ein nennenswerter zusätzlicher apparativer Aufwand getrieben werden müßte.
Wünscht man eine Walze mit sehr glatter Oberfläche, so können anschließend an die oben geschilderten Herstellungsschritte a) - d) noch die in Figur 2 bei e) und f) gezeigten Herstellungsschritte durchgeführt werden.
Figur 2 e) zeigt auf der geschliffenen Oberflächenschicht 30 eine weitere Zwischenschicht 32 aus stromlos und/oder galvanisch abgeschiedenem weichem Kupfer. Aufgrund der scharfen Kanten der angeschnittenen Poren der Oberflächenschicht 30 hat die Zwischenschicht 32 eine wellige Oberfläche. Diese Welligkeit kann man durch Polieren ausgleichen, wobei das weiche Material "glattgestrichen" wird und auch etwa vorhandene Makroporen in der Oberflächenschicht 30 verschließt.
Auf die Zwischenschicht 32 kann dann noch auf bekanntem Wege eine korrosionsbeständige Deckschicht 34 aufgebracht werden, z.B. eine Chromschicht, die zugleich sehr hart ist.
Die Lagerzapfen 18 können ihrerseits ähnlich durch Abschleifen einer thermisch gespritzten Oberflächenschicht auf exaktes Maß gebracht werden, wobei die oben erläuterten Verfahrensschritte a) bis d) analog durchgeführt werden. Man bringt dann auf die geschliffene Oberflächenschicht direkt eine Deckschicht aus niedere Reibung aufweisendem Material wie Polyamid oder Polytetrafluoräthylen auf. Stattdessen kann man auch als Material für die Oberflächenschicht 30 ein Lagerbronzematerial verwenden und die poröse Oberflächenschicht mit einem Dauerschmiermittel tränken.
Die wie oben beschrieben hergestellte Walze zeichnet sich durch niederes Gewicht und niederes Trägheitsmoment aus, hat jedoch eine Oberflächenbeschaffenheit, die derjenigen metallischer Walzen - falls gewünscht - sehr nahekommt und sich auf einfache Weise in weiteren Grenzen präzise variieren läßt als die Oberflächenqualität konventionell aus Metall gefertigter Walzen.
Als Stahl für die Herstellung der Oberflächenschicht 30 hat sich insbesondere ein Stahl mit einem Chrom-Anteil von 13% bewährt.
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Claims

Patentansprüche 1. Walze oder Rolle, gekennzeichnet durch einen zylindrischen Walzenkern (24) aus faserverstärktem Kunststoffmaterial und eine auf diesen Walzenkern thermisch aufgespritzte Oberflächenschicht (30), welche die Umfangsfläche des Walzenkerns umschließt und deren Dicke über den höchsten Stellen der Kernoberfläche mindestens 0,1 mm beträgt.
2. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Walzenkern (24) hohl ist.
3. Walze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Oberflächenschicht (30) aus den nachstehenden Materialgruppen ausgewählt ist: Metalle und Metallegierungen, insbesondere Stähle und Bronzen; Metalloxide, Metallboride und Metallkarbide; Mischungen von Materalien aus den vorgenannten beiden Gruppen unter sich (Mischsysteme) und zwischen den Gruppen (Cermets).
4. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine außenliegende Zusatzschicht aus Antihaftmaterial.
5. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine außenliegende Schicht aus Material niederer Reibung.
6. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Zusatzschicht aus weichem, polierbarem Material.
7. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine außenliegende Schicht (34) aus korrosionsbeständigem Material wie Chrom.
8. Verfahren zum Herstellen einer Walze oder Rolle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: Herstellen eines zylindrischen Walzenkerns aus Kunststoff mit einer Abweichung der Kernumfangsfläche von der gewünschten Oberfläche der Walze oder Rolle von mindestens 0,1 und weniger als 0,8 mm; thermisches Aufspritzen einer Schicht aus dem Material der Oberflächenschicht über die gesamte Umfangsfläche des Walzenkernes mit einer Dicke mindestens gleich dem Walzen1rnabmaß; und spanendes Bearbeiten, insbesondere Schleifen der so erhaltenen Schicht auf den Enddurchmesser der Walze oder Rolle derart, daß die Dicke der erhaltenen Oberflächenschicht über der höchsten Stelle der Kernoberfläche mindestens noch 0,1 mm beträgt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, zur Herstellung einer Walze oder Rolle mit gut glatter Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der geschliffenen Oberflächenschicht galvanisch oder stromlos ein weiches Metall wie Cu, Ag, Au in einer Dicke abgeschieden wird, die im Hinblick auf die Oberflächenrauhigkeit der geschliffenen Oberflächenschicht gewählt ist, und daß durch Polieren der abgeschiedenen Zusatzschicht aus weichem Metall die Poren in der Oberfläche der geschliffenen Oberflächenschicht zugeschmiert und ausgeglichen werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine polierte Zusatzschicht aus Cu eine Deckschicht aus korrosionsfestem Material wie Cr galvanisch oder stromlos aufgetragen wird