DE3546343C2 - Pressenwalze für eine Papiermaschine sowie Verfahren zur Herstellung einer Pressenwalze - Google Patents

Pressenwalze für eine Papiermaschine sowie Verfahren zur Herstellung einer Pressenwalze

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Description

Die Erfindung betrifft eine Pressenwalze für eine Papiermaschine mit einem Zylindermantel mit einer Oberflächenschicht als äußere Oberfläche, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Pressenwalze mit einem Walzenkörper für eine Papiermaschine, bei dem der Walzenkörper mit einer Oberflächenschicht belegt wird.
Aus Wuich, Walter: "Flammspritzen einer Walze mit Kupfer", in Z. Industrie- Anzeiger, 93. Jg. Nr. 21, 9.3.1971, S. 450, ist es bekannt, dass Walzen für eine Papierfabrik, mit einer flammgespritzten Kupferschicht als Korrosionschutzüberzug versehen werden kann.
Der Literaturstelle Behrendt, Werner K.; Schoch, René: "Beschichtete Walzen erfüllen vielfältige Funktionen in Fertigungsprozessen", in Z. Maschinenmarkt, 88 (1982) 81, S. 1648 bis 1650 ist es ebenfalls bekannt Walzen, z. B. für die Papierherstellung aus einem Kern, z. B. aus Stahl oder Stahlguß oder anderen Metallen mit einem Belag zu versehen, wobei hierzu im einzelnen angegebene Kautschukwerkstoffe verwendbar sind. Bezwecken sollen solche Beläge Korrosionsschutz, eine Verschleißverhinderung und/oder eine Schwingungsdämpfung.
Bei einer Papiermaschinenpressenpartie wird herkömmlich eine Steinwalze verwendet, die aus Granit hergestellt ist. Dies beruht auf den Oberflächeneigenschaften, mittels denen ein beherrschtes Ablösen der Papierbahn von der Steinoberfläche erreichbar ist. Ferner ist der Granit sehr beständig gegen verschleißende Schaberbeanspruchung.
Der Granit hat jedoch einige Nachteile. Als Naturmaterial sind seine Eigenschaften unterschiedlich, was zu einem ungleichmäßigen, bei einigen Papiersorten sogar zu einem unzureichenden Bahnablösungsvermögen führt. Die inneren Fehler des Granits und die Neigung zur Rißbildung bilden jedoch das ernsteste Hindernis für seine Verwendung in Ausführungen, bei denen großer Liniendruck und hohe Temperatur verlangt werden, was dann aktuell ist, wenn angestrebt wird, den Trockengehalt des Papieres in der Pressenpartie zu erhöhen. Dies wird deshalb gemacht, weil es energietechnisch bedeutend vorteilhafter ist als die Bahn durch Verdampfung zu entwässern. Außerdem ist eine trocknere Bahn fester, was eine Steigerung der Maschinengeschwindigkeit der Papiermaschine ermöglicht. Die natürlichsten Mittel zur Steigerung des Trockengehaltes nach der Pressenpartie sind dann die Erhöhung des Liniendruckes und der Temperatur. Dies war jedoch bei Verwendung von bekannten Steinwalzen nicht möchlich, jedenfalls nicht in ausreichendem Maße. Außerdem ist eine Granitwalze schwer, was die Schwingungsneigung der Konstruktionen erhöht. Das Gewicht einer Steinwalze spiegelt sich auch in der Bemessung der Papiermaschinenfundamente wider.
Die Konstruktion von bisher bekannten Steinwalzen war hauptsächlich von der Art, dass sie aus einem verhältnismäßig dicken Zylindermantel aus Granit besteht, in dem sich eine Stahlwelle befindet. In de Nähe der Stirnseite der genannten Stahlwelle sind Spannflansche befestigt, mit denen der Steinzylinder derart gepreßt wird, dass im Steinflansch in keinem Belastungzustand Zugbelastungen auftreten. Die im vorstehenden dargestellte Herstellungweise ist recht kompliziert.
Es ist daher erwünscht, synthetisch herstellbare Walzen vorsehen zu können, die vergleichbare Oberflächeneigenschaften besitzen.
Demnach ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Pressenwalze der im Oberbegriff des Anspruches 1 definierten Art so auszugestalten, dass wie bei Granit- Walzen das Abnehmen einer Papierbahn von der Walzenoberfläche beherrscht erfolgen kann. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Pressenwalze anzugeben.
Die Aufgabe wird durch eine Pressenwalze mit den Merkmalen des Anspruches 1 bzw. durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 10 gelöst.
Die Erfindung wird durch die Merkmale der abhängingen Ansprüche weiter gebildet.
Das Metall der Metallkomponente dient als Bindemittel und steigert so die Zähigkeit der Walzenbeschichtung. Die anorganischen Stoffe erreichen die Bildung einer verschleißfesten seitens ihrer Flächenenergie geeignete Oberfläche, da die Flächenengergie der Oberfläche in bestimmten Grenzen sein muß damit das Ablösen der Papierbahn von der Walzenoberfläche beherrscht erfolgen kann.
Die Flächenenergie des Granits, dessen Oberflächeneigenschaften das beherrschte Ablösen der Papierbahn von der Walzenoberfläche erzielen, variiert als Funktion der Flächenrauhigkeit derart, dass die Grantiwalze bei einer Oberflächenenergie arbeitet, die zwisch 41 und 50 mJ/m2 liegt. Die Flächenenergie teilt sich in zwei Komponenten; Dispersionskomponente und Politätskomponente. Die Dispersionskomponente des Granits beträgt ca. 32-33 mJ/m2 und seine Politätskomponente variiert zwischen 9 und 19 mJ/m2 als Funktion der Rauhigkeit.
Faktoren, die die Flächenenergie beeinflussen, sind neben dem Oberflächenmaterial der Walze auch das gegenseitige Verhältnis der hydrophilen und hydrophoben Komponenten in der Oberfläche. Mit der Wälze der vorliegenden Erfindung kann die Flächenenergie besser als bisher geregelt werden derart, dass sie in bestimmten, geeigneten Grenzen bleibt. In der Papierbahn sind hydrophile und hydrophobe Gruppen, und die erfindungsgemäße Walzenoberfläche wird auch aus hydrophilen und hydrophoben Komponenten gelidet. Da ein hydrophiler Stoff einen hydrophoben Stoff abweist und umgekehrt, wird eine beherrschte Bahnablösung durch Mischung von hydrophilen und hydrophoben Stoffen in geeignetem Verhältnis erzielt derart, dass die Flächenenergie der Walzenoberfläche im richtigen Bereich bleibt.
Die erfindungsgemäße Walzenbeschichtung wird mit weiter unten beschriebenen Verfahren auf dem Walzenkörper hergestellt. Die Walzenkörper werden in an sich bekannter Weise z. B. durch Gießen angefertigt. Der betreffende Walzenkörper, zu dem naturgemäß auch Stirnseiten und Wellenzapfen gehören, gibt der Walze ihre nötige mechanische Festigkeit, wogegen die gewünschten Oberflächeneigenschaften des Zylindermantels der Walze und die mechanische Haltbarkeit der Oberfläche mit der erfindungsgemäßen Walzenbeschichtung erzielt werden.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die erfindungsgemäße Walzenbeschichtung z. B. durch thermisches Aufspritzen einer Mischung aus Kupfer und keramische Materilalien, wie Al2O3, SiO2, TiO2, ZrO2 oder SiC hergestellt. Die Flächenenergie von Kupfer beträgt 39,4 mJ/m2 bei einer Dispersionskomponente von 36,4 mJ/m2 und einer Politätskomponente von 2,9 mJ/m2, d. h. Kupfer ist eine hydrophobe Komponente. Die Korngröße des Kupferpulvers variiert zwischen 5 und 40 µm und die Korngröße der keramischen Materialien wie Al2O3 variiert zwischen 40 und 100 µm. Die Korngröße des Al2O3 ist größer als die des Kupfers, damit das Gewicht der Kupfer- und Al2O3-Teilchen in den selben Bereich kommt. Dadurch wird eine Entmischung der einzelnen Pulverkomponenten voneinander während des Aufspritzens verhindert. Die Menge des keramischen Pulvers kann zwischen 10 und 90 Volumennanteilen vom Gesamtvolumen des Pulvers variieren, wobei das typische Mischungsverhältnis aus 30 Volumenanteilen Kupfer und 70 Volumenanteilen Al2O3 besteht. Anstelle von Kupfer können auch Bronze, Nickel und/oder Chrom- und Nickelmischungen verwendet werden. Die thermisch aufzuspritzenden Pulver können auch derart hergestellt sein, dass die Pulverkomponenten untereinander gebunden sind (CERMET).
Gemäß der Erfindung kann die erfindungsgemäße Walzenbeschichtung auch durch Gießen erzeugt werden. Beim Schleuderguß wird das keramische Pulver bezüglich seiner Dichte so gewählt, dass diese gleich oder etwas größer ist als die Dichte der metallischen Gegenform. Wenn das gewünschte Metall z. B. Kupfer ist, dessen Dichte 8,96 g/cm2 beträgt, kann das anorganische Pulver z. B. aus der Gruppe, W2C, WC, TaC, MO2C, NbC gewählt werden, deren Dichten 17,2, 15,7, 14,5, 9,2, und 7,8 g/cm3 betragen. Durch diese Verfahrensweise wird die Verteilung des keramischen Stoffes in der Oberflächenschicht erreicht. Die Mantelschicht der Pressenwalze kann auch als kontinuierlicher Prozeß in Vertikallage gegossen werden, wobei der anorganische Stoff gleichzeitig auf die Oberfläche der Schmelze gespeist wird. Das kalte Pulver beschleunigt die Kristallisation der Schmelze und das Pulver verteilt sich gleichmäßig in dem Metall.
Gemäß der Erfindung kann die Walzenbeschichtung durch Anfertigung eines gesinterten Bandes erreicht werden. Die gewünschte Pulvermischung wird durch Walzen zu einem. Band verdichtet, wonach dies gesintert wird. Das betreffende Band wird unter Zug um den Walzenzylinder gewickelt, wobei die gewünschte Beschichtung entsteht.
Ferner kann die Walzenbeschichtung unter Anwendung des Conforma-Clad-Prozesses (Imperial Clevite, USA) hergestellt werden. Bei diesem Verfahren wird die gewünschte Pulvermischung in einer Mühle mit PTFE vermischt, woraus ein biegsames Tuch gergestellt wird. Das Tuch wird um den Walzenzylinder gewickelt und durch Erhitzen, z. B. unter Einsatz von Induktion- oder Lasererhitzung festgeschmolzen.

Claims (16)

1. Pressenwalze für eine Papiermaschine mit einem Zylindermantel mit einer Oberflächenschicht als äußere Oberfläche, dadurch gekennzeichnet,
dass die Oberflächenschicht eine Mischung aus einer Metallkomponente und Teichen einer anorganischen Mischung enthält, wobei die Metallkomponente als Bindemittel dient, und
dass die Metellkomponente und die Teilchen innerhalb der gesamten Oberflächenschicht verteilt sind.
2. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallkomponente Kupfer enthält.
3. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallkomponente Bronze enthält.
4. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallkomponente mindestens eines der Metalle: rostfreier Stahl, Nickel, Chrom und Titanlegierung enthält.
5. Walze nach einem der Ansprüche 1, bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die anorganische Mischung eine keramische Mischung enthält.
6. Walze nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die anorganische Mischung mindestens einen der Stoffe: Quarz, Feldspat, Al2O3, ZrO2, TiO2, TiC, SiC, MgO, Si3N4, Cr2O3, WC, NbC, VC, Cr7C3 enthält.
7. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die anorganische Mischung etwa 10 bis 90 Volumenanteile des Gesamtvoumens der Gesamtmischung enthält.
8. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen der anorganischen Mischung eine Größe zwischen 5 und 500 µm haben.
9. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht eine Oberflächenenergie von etwa 41 bis 50 mJ/m2 aufweist.
10. Verfahren zur Herstellung einer Pressenwalze mit einem Walzenkörper für eine Papiermaschine, bei dem der Walzenkörper mit einer Oberflächenschicht belegt wird, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Herstellen einer Mischung von Metallteilchen und Teilchen einer anorganischen Mischung,
Belegen des Walzenkörpers mit der Oberflächenschicht durch Aufbringen dieser Mischung, wobei
die Metallteilchen und die Teilchen der anorganischen Mischung innerhalb der gesamten Oberflächenschicht verteilt aufgebracht werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht durch thermisches Aufspritzen auf den Walzenkörper aufgebracht wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht auf den Walzenkörper durch Gießen aufgebracht wird.
13. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht auf den Walzenkörper aufgebracht wird, indem die Mischung in ein gesintertes oder gewalztes Band geformt wird und dieses Band um den Walzenkörper gewickelt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschicht auf den Walzenkörper aufgebracht wird, indem eine vorgeformte Schicht hergestellt wird, die eine flexible Matte aus der Mischung und einem Binder darstellt, und dass diese Matte durch Festschmelzen auf den Walzenkörper aufgebracht wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Binder aus PTFE besteht.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Matte durch Induktions- oder Lasererhitzung auf den Walzenkörper festgeschmolzen wird.
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