DE3621154A1 - Pressenwalze und ein verfahren zu deren herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Papiermaschinenpressenwal­ ze, bestehend aus Stirnseiten und Wellenzapfen sowie einem Zylindermantel, der aus Metall hergestellt ist und der Walze hauptsächlich ihre mechanische Festigkeit verleiht.

Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Her­ stellung dieser Papiermaschinenwalze.

Es ist bekannt, in der Papiermaschinenpressenpartie eine Steinwalze zu verwenden, die aus Granit hergestellt ist. Die Beliebtheit des Granits beruht auf seinen Oberflächen­ eigenschaften, mit denen ein beherrschtes Ablösen der Papier­ bahn von der Steinoberfläche erreicht wird. Außerdem ist der Granit sehr beständig gegen die verschleißende Schaber­ beanspruchung.

Der Granit hat jedoch einige Nachteile. Als Naturmate­ rial 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 Aus­ führungen, bei denen großer Liniendruck und hohe Temperatur verlangt werden, was dann aktuell ist, wenn angestrebt wird, den Trockengehalt des Papieres in der Pressenpartie zu er­ höhen. 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 Papierma­ schine 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 mög­ lich, jedenfalls nicht in ausreichendem Maße. Außerdem ist eine Granitwalze schwer, was die Schwingungsneigung der Kon­ struktionen erhöht. Das Gewicht einer Steinwalze spiegelt sich auch in der Bemessung der Hebevorrichtungen und der Fundamente der Papiermaschine wider.

Die Konstruktion bekannter Steinwalzen war hauptsäch­ lich von der Art, daß sie aus einem verhältnismäßig dicken Zylindermantel aus Granit besteht, in dem sich eine Stahl­ welle befindet. In der Nähe der Stirnseiten der genannten Stahlwelle sind Spannflansche befestigt, mit denen der Stein­ zylinder derart gepreßt wird, daß im Steinmantel in keinem Belastungszustand Zugbelastungen auftreten. Die im vorste­ henden dargestellte Herstellungsweise ist recht kompliziert.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht daher in der Schaf­ fung einer neuen Pressenwalze und deren Herstellungsverfah­ ren, bei deren Anwendung in an sich bekannter Weise in Guß­ technik hergestellte Walzenkörper mit Stirnseiten und Wellen­ zapfen verwendet werden können, wobei mit dem Walzenkörper hauptsächlich die mechanische Festigkeit der Walze erreicht wird, wogegen die Oberflächeneingenschaften und die Haltbar­ keit der Oberfläche der Walze auf neue Weise erzielt werden.

Es sind auch synthetische Steinwalzen bekannt. Be­ stimmte Eigenschaften dieser Walzen waren zur Erreichung eines gelungenen Ergebnisses bisher jedoch unzureichend. Die betreffenden bekannten Walzen sind vom Prinzip her poly­ merebeschichtete Walzen, bei denen Hartgummi oder Polyure­ than mit Steinpulverzusatz, wie z. B. Kieselsand, vermischt ist. Die Nachteile dieser Walzen bestanden in einem zu starken Haften der Papierbahn an der Walzenoberfläche sowie in schlechter mechanischer Haltbarkeit. Insbesondere war der Einsatz von polymerebeschichteten Walzen bei erhöhten Temperaturen (über 80°C) unmöglich.

In der FI-Anmeldung 8 50 107 der Anmelderin ist eine Pressenwalze beschrieben, deren Oberflächenschicht aus einer Mischung aus Metallpulver und einem anorganischen Stoff be­ steht. Das Metall hat die Aufgabe, als Bindemittel zu dienen und die Zähigkeit der Walzenbeschichtung zu steigern. Der anorganische Stoff hat die Aufgabe eine verschleißfeste, seitens ihrer Flächenenergie geeignete Oberfläche herzustel­ len, da die Flächenenergie der Oberfläche innerhalb bestimm­ ter Grenzen liegen muß, damit das Ablösen der Papierbahn von der Walzenoberfläche beherrscht erfolgt. Die Flächenenergie des Granits, dessen Oberflächeneigenschaften das beherrschte Ablösen der Papierbahn von der Walzenoberfläche erzielen, variiert als Funktion der Flächenrauhigkeit derart, daß die Granitwalze bei einer Oberflächenenergie arbeitet, die zwi­ schen 41 und 50 mJ/m² liegt. Faktoren, die die Flächenener­ gie beeinflussen, sind neben dem Oberflächenmaterial der Walze auch das gegenseitige Verhältnis der hydrophilen und hydrophoben Komponenten in der Oberfläche. Die Flächenener­ gie kann derart geregelt werden, daß sie in bestimmten, ge­ eigneten Grenzen bleibt. In der Papierbahn sind hydrophile und hydrophobe Gruppen vorhanden, die Walzenoberfläche nach FI-Anmeldung 8 50 107 und die erfindungsgemäße Walzenoberfläche wird ebenfalls aus hydrophilen und hydrophoben Komponenten gebildet. 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 Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Pressenwalze und ein Verfahren zu deren Herstel­ lung zu schaffen, durch deren Anwendung das Abnehmen einer Papierbahn von der Walzenoberfläche in beherrschter Weise erfolgt und die Beständigkeit der Walze gegen Temperatur und mechanische Belastungen besser als bisher ist.

Für die erfindungsgemäße Pressenwalze ist im wesentli­ chen charakteristisch, daß auf dem Zylindermantel eine Be­ schichtung gebildet ist, die teilweise oder ganz aus Metall besteht, das als Beschichtungsmetall derart gewählt wurde, daß es hauptsächlich ein beherrschtes Ablösen der Papierbahn von der Walzenbeschichtung zustande bringt sowie der Walze Widerstandsfähigkeit gegen verschiedene Oberflächenbelastun­ gen gibt.

An der Walze der vorliegenden Erfindung wurde die ge­ eignete Oberflächenenergie jetzt besser als vorher verwirk­ licht derart, daß die Metallkomponente ausdrücklich aus einem Chrom enthaltenden nichtrostenden Stahl besteht, wobei der Chromgehalt des Metalls 9-35% beträgt. Ein reichlich Chrom enthaltender nichtrostender Stahl ist ein hydrophiler Stoff (Chrom erhöht die Hydrophilie). Zum anderen erhält der Auf­ bau durch die Chrombeimischung verschleißfeste Chromkarbide. Chrom steigert auch die Korrosionsbeständigkeit des Stahls. Der chromhaltige nichtrostende Stahl ist von sich aus schon eine Alternative, insbesodnere für ungebleichte Papiersorten. In einer Verbindung dieser Art scheidet sich der "keramische Stoff" als Chromkarbid selbst aus dem Stahl aus. Wenn dem Material keine keramische Komponente extra beigemischt zu werden braucht, ist es im Preis viel billiger.

Die erfindungsgemäße Walze kann mit mehreren verschie­ denen Verfahren hergestellt werden, die in der Patentanmel­ dung FI-8 50 107 beschrieben sind.

Die erfindungsgemäße Walzenbeschichtung wird mit weiter unten beschriebenen Verfahren auf dem Walzenkörper herge­ stellt. Die Walzenkörper werden in an sich bekannter Weise z. B. durch Gießen oder durch Biegen und Schweißen einer Platte angefertigt. Der betreffende Walzenkörper, zu dem naturgemäß auch Stirnseiten und Wellenzapfen gehören, gibt der Walze hauptsächlich ihre nötige mechanische Festigkeit, wogegen die gewünschten Oberflächeneigenschaften des Zylin­ dermantels der Walze und die mechanische Haltbarkeit der Oberfläche mit der erfindungsgemäßen Walzenbeschichtung erzielt werden.

Für das erfindungsgemäße Verfahren ist im wesentlichen charakteristisch, daß genannter Zylindermantel durch Band­ aufschweißen einer Metall enthaltenden Beschichtung beschich­ tet wird.

Einem vorteilhaften Anwendungsbeispiel des erfindungs­ gemäßen Verfahrens entsprechend wird ein 30-150 mm, zweck­ mäßig 60 mm breites und ca. 0,5 mm dickes Aufschweißzusatz­ werkstoffband mit einer Geschwindigkeit, die größer ist als die Schweißgeschwindigkeit, zugeführt. Die unter Pulver erfolgende Schmelze erzeugt eine 3-5 mm dicke Schicht. Es können eine oder mehrere Schichten aufgeschweißt werden, gewöhnlich wird jedoch nur eine Schicht hergestellt.

Geeignete Materialien sind z. B. solche, die stark mit Chrom vermischt sind. Bei Bedarf einer metallisch kerami­ schen Verbindung (z. B. Al₂O₃, SiO₂, TiO₂, ZrO₂, SiC, TiC, Cr₃C₂, WC, NbC, VC, Cr₇C₃) kann die Beschichtung mit zwei Verfahren hergestellt werden:

• 1. Es wird ein Zusatzwerkstoffband aus Pulver (metal­ lisch keramische Mischung) durch Walzen und Sintern erzeugt.
• 2. Es werden im Schweißpulver dem Bedarf entsprechende keramische Komponenten verwendet, die das Schweißpulver in das aufzuschweißende Oberflächenmaterial mischt, das als Schmelze vorliegt.

Im folgenden wird die Erfindung unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen im Detail beschrieben.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung des erfin­ dungsgemäßen Beschichtungsverfahrens.

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung des Herstel­ lungsprinzips des Zusatzwerkstoffbandes.

In Fig. 1 sind der zu beschichtende Walzenkörper mit Bezugszeichen 1 und seine Wellenzapfen mit 2 bezeichnet. In dem erfindungsgemäßen Schweißverfahren wird ein Schweißkopf 3 verwendet, der das teilweise oder ganz aus Metall bestehende Schweißband 4 mit einer Geschwindigkeit, die größer als die Schweißgeschwindigkeit ist, an die Oberfläche von Walze 1 speist, wobei sich die Walze 1 in der Richtung dreht, die in Fig. 1 mit Bezugszeichen 5 bezeichnet ist. Die Schmelzung erfolgt unter Pulver, das in Fig. 1 mit 6 bezeichnet ist, wobei als Ergebnis der Schmelzung die nach Fig. 1 mit Bezugs­ zeichen 7 gekennzeichnete Beschichtung entsteht. Die Ober­ fläche des Walzenkörpers 1 kann bei Bedarf vor der Beschich­ tung mit einem Gebläse 8 vorgewärmt werden. Dem Schweißpul­ ver 6 können bei Bedarf keramische Komponenten zugegeben werden, wobei das Schweißpulver 6 diese in das Oberflächen­ material mischt, das sich während des Schweißvorganges in geschmolzenem Zustand befindet.

Der keramische Stoff kann auch in der Beschichtung enthalten sein durch Herstellung eines Zusatzwerkstoffbandes, in dem sowohl die metallische als auch die keramische Kompo­ nente bereits vorhanden ist.

In Fig. 2 ist die Herstellung eines solchen sowohl Metall als auch keramischen Stoff enthaltenden Zusatzwerk­ stoffbandes 4′ gezeigt. Die Pulvermischung 9 wird mit ge­ eigneter Geschwindigkeit zwischen zwei Walzen 10, 11 ge­ speist, die das Pulver zusammenpressen. Das zusammen ge­ preßte Pulver 12 durchläuft danach die Sinterung 13, wonach das Zusatzwerkstoffband 4′ fertiggestellt ist und zur Rolle 4′ aufgewickelt wird.

Mit dem Einsatz des Bandschweißverfahrens werden meh­ rere Vorteile erzielt, von denen die hohe Beschichtungsge­ schwindigkeit, gutes Endergebnis, kleine und einheitliche Penetration, gute Reproduzierbarkeit und Durchführbarkeit sowie einfache Konstruktion der Anlagen nennenswert sind. Außerdem eignet sich das Verfahren gut für den Werkstattein­ satz, ist ein wirtschaftliches Beschichtungsverfahren, denn es wird mit ihm eine ausgezeichnete Verbindungsfestigkeit zwischen der Beschichtung und dem Körper hergestellt, und seine Investitionskosten sind klein.

Claims (10)

1. Papiermaschinenpressenwalze, bestehend aus Stirn­ seiten und Wellenzapfen sowie einem Zylindermantel, der aus Metall hergestellt ist und der Walze hauptsächlich ihre me­ chanische Festigkeit verleiht, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Zylindermantel eine Beschichtung gebildet ist, die teilweise oder ganz aus Metall besteht, das als Beschich­ tungsmetall derart gewählt wurde, daß es hauptsächlich ein beherrschtes Ablösen der Papierbahn von der Walzenbeschich­ tung zustande bringt sowie der Walze Widerstandsfähigkeit gegen verschiedene Oberflächenbelastungen gibt.

2. Pressenwalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Beschichtungsmetall aus Chrom enthaltendem nichtrostendem Stahl besteht.

3. Pressenwalze nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Chromanteil im Beschichtungsmetall 9-35% beträgt.

4. Pressenwalze nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Walzenbeschichtungsmaterial außer Metall eine oder mehrere Komponenten keramischen Stoffes enthält.

5. Verfahren zur Herstellung einer Papiermaschinen­ pressenwalze nach Anspruch 1 bis 4, die aus Stirnseiten und Wellenzapfen sowie einem aus Metall bestehenden Zylinderman­ tel besteht, dadurch gekennzeichnet, daß genannter Zylinder­ mantel durch Bandaufschweißen einer Metall enthaltenden Beschichtung beschichtet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei genannter Bandaufschweißung in dem Aufschweißband enthaltener keramischer Zusatzwerkstoff verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schweißung durch Unterpulverschweißen erfolgt.

8. Verfahren nach Anspruch 5 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der keramische Zusatzwerkstoff mit Hilfe des Schweißpulvers in die Schweißschmelze gemischt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 5 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der keramische Zusatzwerkstoff aus folgenden Verbindungen gewählt wird: Al₂O₃, SiO₂, TiO₂, ZrO₂, SiC, TiC, Cr₃C₂, WC, NbC, VC, Cr₇C₃.

10. Verfahren nach Anspruch 5 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Schweißzusatzwerkstoffband 30-150 mm breit und ca. 0,5 mm dick ist.