DE4307592A1

DE4307592A1 - Device for treating a material web

Info

Publication number: DE4307592A1
Application number: DE4307592A
Authority: DE
Inventors: Heinz-Michael Dr Zaoralek; Erich Vomhoff
Original assignee: Schwaebische Huettenwerke Automotive GmbH
Current assignee: Schwaebische Huettenwerke Automotive GmbH
Priority date: 1993-03-10
Filing date: 1993-03-10
Publication date: 1994-09-15
Also published as: FI941113A; EP0616073A1; EP0616073B1; FI941113A0; ATE147111T1; CA2118660A1

Abstract

The invention relates to a device for treating a material web, preferably for dewatering a paper web (2) in the impulse drying process, having a heating roll (3) and a counter-support (4), which forms a press nip (5) together with the heating roll (3), at least the heating roll (3) consisting of a stationary axle, a roll cover (7) and at least one supporting element for supporting the roll cover (7) on the axle and the roll cover (7) has a base layer (9) and a thin ceramic operating layer (10) applied onto the base layer (9), the operating layer (10) having an improved energy efficiency and at the same time an improved mechanical stability. It is proposed that the ceramic operating layer (10) has a thickness of less than 1 mm, that the base layer (9) consists of a ceramic material as a thermal insulation and that the base layer (9) has a thickness which is larger than the thickness of the ceramic operating layer (10). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung einer Materialbahn, vorzugsweise zur Entwässerung einer Papierbahn im Impulstrocknungsverfahren, mit einer Heizwalze und einem Gegenlager, welches zusammen mit der Heizwalze einen Preßspalt bildet, wobei zumindest die Heizwalze eine feststehende Achse, einem Walzenmantel und mindestens ein Lagerelement zur Abstützung des Walzen mantels auf der Achse aufweist und der Walzenmantel eine Grundschicht und eine auf die Grundschicht aufgebrachte dünne keramische aufheizbare Oberflächenschicht enthält.The invention relates to a device for treating a material web, preferably for the dewatering of a paper web in the pulse drying process, with a heating roller and a counter bearing, which together with the heating roller forms a press nip, at least the heating roller having a fixed axis, a roller shell and at least one bearing element for supporting the rollers sheath on the axis and the roller shell has a base layer and a thin ceramic heatable surface layer applied to the base layer contains.

Bei der Behandlung einer Materialbahn, insbesondere bei der Entwässerung einer Papierbahn, die einen hohen Wasseranteil hat, wird die Materialbahn durch eine Vorrichtung geführt, die zumindest einen Preßspalt aufweist, welcher durch eine Walze und ein der Walze gegenüberliegend angeordnetes Gegenlager gebildet ist. Das Gegenlager kann sowohl als zweite Walze als auch als ein hydraulischer Schuh ausgebildet sein. Insbesondere bei der Entwässerung einer Papierbahn durchläuft die noch einen hohen Wasseranteil enthaltende Papierbahn den Preßspalt, wobei zwischen der Walze und dem Gegenlager das Wasser aus der Papierbahn mechanisch herausgedrückt wird. Eine Verbesserung der Entwässerung wird im Stand der Technik dadurch erzielt, daß die Walze als Heizwalze ausgebildet ist. Das Ziel der aus dem Stand der Technik vorbekannten Vorrichtung ist es, eine möglichst weit gehende Entwässerung der Materialbahn zu erzielen. Hierbei hat es sich als nach teilig erwiesen, daß die noch sehr wenig feste Papierbahn an der Preßwalze anhaftet, wodurch es zu einem Abreißen der Papierbahn kommen kann. Diese Produktionsstö rungen treten insbesondere aufgrund einer ungeeigneten Oberflächenbeschaffenheit des Walzenmantels auf.When treating a material web, especially when dewatering one Paper web that has a high water content is replaced by a web of material Device guided, which has at least one press nip, which by a Roll and a counter bearing arranged opposite the roller is formed. The counter bearing can be used both as a second roller and as a hydraulic shoe be trained. In particular, when draining a paper web, the runs through paper web still containing a high proportion of water the press nip, wherein between the roller and the counter bearing the water from the paper web mechanically is pushed out. An improvement in drainage is in the state of the Technology achieved in that the roller is designed as a heating roller. The goal of The device known from the prior art is one that is as wide as possible to achieve complete drainage of the material web. Here it has turned out to be partially proven that the still very little firm paper web adheres to the press roll, which can cause the paper web to tear. This production disruption problems occur in particular due to an unsuitable surface quality of the roll shell.

Aus dem Stand der Technik sind daher verschiedene Arbeitsschichten für die Oberfläche der Preßwalzen bekannt. Beispielsweise geht aus der DE-PS 1 03 677 die Verwendung von Naturgranit als Werkstoff für die Preßwalze hervor. Dieser zwar gute Ablöseeigenschaften aufweisende Werkstoff hat jedoch den Nachteil, daß der Granit bei Temperaturunterschieden im Granit, wie sie durch Beheizen mit Dampfkästen von außen entstehen, durch thermische Spannungen zerstört wird. Es sind daher im Laufe der Zeit verschiedene Arbeitsschichten entwickelt worden, die als Ersatz für Granitwalzen eingesetzt wurden. Bei diesen aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen handelt es sich in der Regel um einen Walzengrundkörper aus Gußeisen oder Stahl, auf welchen Beschichtungen aufgebracht werden, die den Ablöseeigenschaften des Granits gleichkommen. Die Ablöseeigenschaften werden dabei im wesentlichen auf Oberflächenkavernen und auf die Mischung von wasserabstoßenden und wasseranziehenden Komponenten zurückgeführt. Beispielsweise wurden in Kunststoffüberzügen Füllmaterialien wie Granitmehl verarbeitet. Eine derartige Arbeitsschicht ist aus der EP-OS 0 337 934 bekannt.From the prior art there are therefore various working layers for the Known surface of the press rolls. For example, from DE-PS 1 03 677 Use of natural granite as a material for the press roll. This one though However, material with good release properties has the disadvantage that the Granite with temperature differences in the granite, such as those caused by heating Steam boxes are created from the outside, destroyed by thermal stresses. It various working layers have therefore been developed over the years were used as a replacement for granite rollers. In these from the prior art Known solutions are usually a roll body Cast iron or steel, on which coatings are applied, which the Peeling properties of granite. The peeling properties are essentially on surface caverns and on the mixture of water-repellent and water-attracting components. For example, filling materials such as granite flour were used in plastic coatings processed. Such a working layer is known from EP-OS 0 337 934.

Ferner ist aus der DE-OS 35 46 343 eine Pressenwalze für eine gattungsgemäße Vor richtung bekannt, die eine Arbeitsschicht ihres Zylindermantels aufweist, die aus einer Mischung aus Metallpulver und einem Pulver aus anorganischem Stoff gebildet wird. Bei diesem anorganischen Stoff handelt es sich um einen keramischen Stoff, der beispielsweise durch thermisches Aufspritzen auf den Walzenkörper erzeugbar ist.Furthermore, from DE-OS 35 46 343 a press roll for a generic type direction known, which has a working layer of its cylinder jacket, the a mixture of metal powder and a powder of inorganic material is formed becomes. This inorganic substance is a ceramic substance, which can be generated, for example, by thermal spraying onto the roller body is.

Aus der EP-PS 02 07 921 ist darüber hinaus eine Druckwalze für eine Papierma schine bekannt, die in integrierter Bauweise einen Metallkern enthält, auf dem eine metallische Grundschicht und eine Keramik-Arbeitsschicht aufgebracht sind, wobei die Grundschicht einen Ausdehnungskoeffizienten aufweist der zwischen derjenigen des Metallkernes und der Oberflächenschicht liegt. Die Keramikschicht hat eine Durchlässigkeit von 1 bis 30%. Die Keramikschicht hat eine Dicke von 1 bis 30 mm. Bei einer Schichtstärke unter 1 mm war das Ablöseverhalten gestört. Ferner ist es aus dem Stand der Technik, nämlich der EP-OS 04 81 321 bekannt, der zuvor beschriebenen Keramikschicht Glimmer-Partikel als wasserabstoßende Komponente sowie Imprägnierungen auf Basis synthetischer Harze hinzuzufügen.From EP-PS 02 07 921 is also a printing roller for a paper size known machine that contains an integrated metal core on which one metallic base layer and a ceramic working layer are applied, wherein the base layer has a coefficient of expansion between that of the metal core and the surface layer. The ceramic layer has one Permeability from 1 to 30%. The ceramic layer has a thickness of 1 to 30 mm. With a layer thickness of less than 1 mm, the detachment behavior was disturbed. Further it is known from the prior art, namely EP-OS 04 81 321, which previously described ceramic layer mica particles as a water-repellent component as well as impregnations based on synthetic resins.

Schließlich ist es im Stand der Technik bekannt, eine Materialbahn, vorzugsweise eine Papierbahn, mittels Preßwalzen zu entwässern, die auf sehr hohe Temperaturen erhitzt sind. Bei der Berührung der nassen Materialbahn wird schlagartig ein Teil des Wassers in der Papieroberfläche verdampft. Durch den entstehenden Dampf wird die Materialbahn zwangsläufig von der Preßwalze weggedrückt, so daß das sonst zu beachtende Ablöseverhalten keine entscheidende Rolle mehr spielt. Es hat sich jedoch gezeigt, daß sich insbesondere bei metallischen Oberflächen der Preßwalzen mit sehr guten Wärmeleitungseigenschaften zuviel Dampf bildet, der den Faserver bund einer Papierbahn zerreißt. Aus diesem Grunde hat es sich als vorteilhaft er wiesen, auch bei diesem vorbekannten Verfahren die metallischen Oberflächen der Preßwalzen mit einer Energiebremse, beispielsweise einer dünnen keramischen Schicht zu versehen. Hierdurch wird ein Übermaß an Dampfbildung vermieden. Nachteil dieser vorbekannten Vorrichtung ist es jedoch, daß neben der Walzen oberfläche auch die ganze Walze und das Hydrauliköl ihrer hydrostatischen oder hydrodynamischen Abstützung aufgeheizt wird, welches bei Temperaturen von mehr als 150° Celsius seine Schmierfähigkeit verliert. Hieraus ergibt sich zwangsläufig, daß das Hydrauliköl gekühlt werden muß, wodurch ein Wärmeverlust entsteht, der den thermischen Wirkungsgrad der Preßwalze für das Impulstrocknen verringert.Finally, it is known in the prior art, preferably a material web a paper web to dewater by means of press rolls operating at very high temperatures are heated. When touching the wet material web, part of the Water evaporates in the paper surface. Due to the steam generated Material web inevitably pushed away from the press roll, so that otherwise peeling behavior no longer plays a decisive role. It has However, it has been shown that, particularly in the case of metallic surfaces, the press rolls with very good heat conduction properties forms too much steam, which torn bundle of paper. For this reason, it has proven advantageous pointed, the metallic surfaces of the Press rolls with an energy brake, for example a thin ceramic one Layer. This avoids excessive vapor formation. The disadvantage of this known device, however, is that in addition to the rollers also the entire roller and the hydraulic oil of your hydrostatic or hydrodynamic support is heated, which at temperatures of more when 150 ° Celsius loses its lubricity. This inevitably results in that the hydraulic oil must be cooled, causing heat loss, the reduced the thermal efficiency of the press roller for pulse drying.

Zwar kann der Wärmeverlust der vorgenannten Preßwalze nach innen dadurch begrenzt werden, daß in der Walzenbohrung zwischen der Walzenwand und den Lagerelementen eine isolierende Schicht, beispielsweise eine keramische Schicht angeordnet wird, jedoch ist das Einbringen dieser Schicht sehr kompliziert und konstruktiv aufwendig.It is true that the heat loss of the above-mentioned press roller can result in this way be limited that in the roller bore between the roller wall and the Bearing elements an insulating layer, for example a ceramic layer is arranged, however, the introduction of this layer is very complicated and constructively complex.

Abgesehen davon wird auf diese Art und Weise nur die Wärmeabgabe in die Boh rung behindert. Nicht vermieden kann mit dieser Maßnahme, daß der gesamte metallene Walzenkörper eine hohe Temperatur annimmt. Da aber der Ausdehnungs koeffizient von Keramik gegenüber dem metallenen Walzenkörper fast um die Hälfte niedriger ist, wird die äußere Keramikschicht wie auch die innere Isolierschicht im Betrieb durch ihre Aufheizung Zugspannungen unterworfen. Die Keramikschichten sind aber nur in geringem Maße auf Zug belastbar.Apart from that, only the heat is released into the Boh in this way hindered. This measure cannot avoid that the whole metal roller body assumes a high temperature. But because of the expansion coefficient of ceramic compared to the metal roller body almost half is lower, the outer ceramic layer as well as the inner insulating layer in the Operation is subject to tension due to its heating. The ceramic layers can only be loaded to a small extent on train.

Auch das Einbringen einer dünnen Grundschicht mit einem Ausdehnungskoeffi zienten zwischen dem der keramischen Arbeitsschicht und dem des Grundkörpers, die als Haftvermittler dienen sollte, führte zu keiner nennenswerten Lösung der vor anstehend geschilderten Problematik. Die in der EP-PS 02 07 921 und der EP-OS 0 481 221 beschriebenen dünnen Grundschichten dehnen sich nämlich gemeinsam mit dem Grundkörper aus, so daß die keramische Arbeitsschicht wiederum hohen Zug spannungen ausgesetzt ist.Also the application of a thin base layer with an expansion coefficient between the ceramic working layer and that of the base body, which was supposed to serve as an adhesion promoter did not lead to any noteworthy solution pending problems. The in EP-PS 02 07 921 and the EP-OS 0 481 221 described thin base layers stretch together with the base body, so that the ceramic working layer again high pull is exposed to tensions.

Ausgehend von dem voranstehend beschriebenen Stand der Technik liegt der Erfin dung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Behandlung einer Material bahn, vorzugsweise zur Entwässerung einer Papierbahn im Impulstrocknungsver fahren, zu schaffen, welche die voranstehend beschriebenen Nachteile des Standes der Technik vermeidet und insbesondere eine verbesserte Energieeffizienz und eine verbesserte mechanische Stabilität aufweist. Based on the prior art described above, the inventor dung the task based on a device for treating a material web, preferably for dewatering a paper web in the impulse drying process drive, creating the disadvantages of the prior art described above technology avoids and in particular improved energy efficiency and has improved mechanical stability.

Die Lösung dieser Aufgabenstellung sieht vor, daß die keramische Arbeitsschicht eine Stärke von weniger als 1 mm aufweist, daß die Grundschicht als Wärmeisolierung aus keramischen Material besteht, und daß die Grundschicht eine Stärke hat, die größer ist als die Stärke der keramischen Arbeitsschicht.The solution to this problem provides that the ceramic Working layer has a thickness of less than 1 mm that the base layer as Thermal insulation consists of ceramic material, and that the base layer is a Thickness that is greater than the thickness of the ceramic working layer.

Eine derart ausgestaltete Vorrichtung hat den Vorteil, daß die zu entwässernde Materialbahn in weitaus geringerem Maße an der Walzenoberfläche anhaftet und gleichzeitig die Entwässerung der Materialbahn, vorzugsweise der Papierbahn, durch eine hohe Temperatur und einen hohen Druck verbessert werden kann. Hierbei ist es von besonderem Vorteil, daß die dünne keramische Arbeitsschicht bei externem Aufheizen an ihrer Oberfläche eine hohe Temperatur aufweist, jedoch eine geringe Wärmeleitfähigkeit hat, so daß der Walzenmantel aus Metall in weitaus geringerem Maße aufgeheizt wird. Gleichzeitig wird die unterschiedliche Ausdehnung der keramischen Arbeitsschicht und des metallischen Walzenmantels durch die im Vergleich zu der Arbeitsschicht dickere Grundschicht aus keramischem Material aneinander angeglichen, so daß keine Zugspannungen in der keramischen Arbeits schicht entstehen.A device designed in this way has the advantage that the water to be drained Material web adheres to the roller surface to a much lesser extent and at the same time dewatering the material web, preferably the paper web a high temperature and a high pressure can be improved. Here is it is particularly advantageous that the thin ceramic working layer with external Heating has a high temperature on its surface, but a low one Has thermal conductivity, so that the roller jacket made of metal in much less Dimensions is heated. At the same time, the different expansion of the ceramic working layer and the metallic roller shell by the im Compared to the working layer thicker base layer made of ceramic material matched to each other so that no tensile stresses in the ceramic work layer arise.

Eine einfachere Herstellung einer Heizwalze für die erfindungsgemäße Vorrichtung wird gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung dadurch erzielt, daß die wärmeisolierende Grundschicht mittels wasserstabilisiertem Plasmaspritzen auf dem Walzenmantel aufgebracht ist. In der Berechnung hat es sich hierbei als besonders vorteilhaft erwiesen, die Grundschicht mit einer Stärke von 5 bis 30 mm auf dem Walzenmantel aufzubringen. Hindurch wird eine Vermeidung der Zugspannung in der Arbeitsschicht erzielt.A simpler production of a heating roller for the device according to the invention is achieved according to a further feature of the invention in that the heat-insulating base layer by means of water-stabilized plasma spraying on the Roll jacket is applied. In the calculation it turned out to be special proven advantageous, the base layer with a thickness of 5 to 30 mm on the Apply roller jacket. This avoids tension in of the working shift.

Eine besonders effiziente Reduzierung der Zugspannung in der Arbeitsschicht ist gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung dadurch erzielbar, daß die Grund schicht eine Stärke von 8 bis 10 mm, vorzugsweise etwa 9,5 mm hat. Eine derartige Grundschicht ist kostengünstig durch die Verwendung von Al 203 herstellbar. A particularly efficient reduction in tension in the working shift is According to a further feature of the invention achievable in that the reason layer has a thickness of 8 to 10 mm, preferably about 9.5 mm. Such The base layer can be produced inexpensively by using Al 203.

Bei der keramischen Arbeitsschicht ist es besonders vorteilhaft, wenn diese aus Zirkoniumoxid besteht und eine Stärke von 0,5 mm aufweist. Dieses keramische Material weist besonders geeignete Wärmeleitfähigkeitswerte auf, die eine optimale Temperaturwirkung bereits bei einer Schichtdicke von 0,5 mm ermöglicht.With the ceramic working layer, it is particularly advantageous if it is made of Zirconium oxide exists and has a thickness of 0.5 mm. This ceramic Material has particularly suitable thermal conductivity values that are optimal Temperature effect already possible with a layer thickness of 0.5 mm.

Bei einer Weiterentwicklung der erfindungsgemäßen Vorrichtung für das Impuls trocknen ist es in vorteilhafter Weise vorgesehen, daß der Walzenmantel der Heizwalze aus Schalenhartguß besteht, der in äußerem Bereich weißes Eisen und im inneren Bereich graues Eisen aufweist. Hierbei handelt es sich um ein Gußeisen, das aufgrund seiner besonderen Legierung und Gußtechnik im äußeren Bereich als weißes Eisen mit einer hohen Härte zwischen 450 und 600 HV, einem hohen E- Modul von ca. 180 000 N-mm² und einer schlechten Wärmeleitfähigkeit von ca. 20 W/mK anfällt. Ein derartig ausgebildeter Walzenmantel hat den Vorteil, daß er eine gute Stützwirkung und damit gute mechanische Eigenschaften hat und gleichzeitig als thermische Barriere wirkt. Je nach Legierung kann die Stärke der Schicht, in der das Eisen weiß anfällt beeinflußt werden. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn das weiße Eisen eine Schichtstärke von 20 bis 80 mm hat. Hierbei wirkt sich der niedrige Ausdehnungskoeffizient des weißen Eisens günstig auf die thermische Spannungsverteilung innerhalb des Walzenmantels aus.In a further development of the device for pulse drying according to the invention, it is advantageously provided that the roller jacket of the heating roller consists of chilled cast iron, which has white iron in the outer region and gray iron in the inner region. This is a cast iron which, due to its special alloy and casting technique, is white iron with a high hardness between 450 and 600 HV, a high modulus of elasticity of approx. 180,000 N-mm ² and a poor thermal conductivity of approx. 20 W / mK occurs. A roll shell designed in this way has the advantage that it has a good support effect and thus good mechanical properties and at the same time acts as a thermal barrier. Depending on the alloy, the thickness of the layer in which the iron is white can be influenced. It has proven to be particularly advantageous if the white iron has a layer thickness of 20 to 80 mm. The low coefficient of expansion of white iron has a favorable effect on the thermal stress distribution within the roll shell.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Heizwalze vorzugsweise von außen beheizt. Hierdurch werden eine schnelle Aufheizung der keramischen Arbeitsschicht erzielt und große Wärmeverluste vermieden. Es hat sich gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung als vorteilhaft erwiesen, die keramische Arbeitsschicht mit einem Metallpulver zu versetzen, so daß diese Arbeitsschicht elektrisch leitend ist. Eine mit diesem Merkmal ausgebildete Vorrichtung weist dann den Vorteil auf, daß die keramische Arbeitsschicht gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung durch Induktion von Wirbelströmen in die Arbeitsschicht beheizbar ist.In the device according to the invention, the heating roller is preferably from the outside heated. This will quickly heat up the ceramic working layer achieved and large heat losses avoided. According to another Feature of the invention proved to be advantageous with the ceramic working layer a metal powder so that this working layer is electrically conductive. A device designed with this feature then has the advantage that the ceramic working layer according to a further feature of the invention Induction of eddy currents in the working layer is heated.

Um die Oberfläche der mit dem Metallpulver versetzten keramischen Arbeitsschicht nicht zu verändern und somit die vorteilhafte geringe Anhaftneigung der Materialbahn an der Arbeitsschicht beizubehalten, wird gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgeschlagen, daß sich unmittelbar unter der Arbeitsschicht eine elektrisch leitende Schicht befindet.Around the surface of the ceramic working layer mixed with the metal powder not to change and thus the advantageous low tendency to stick to the Maintaining material web on the working layer is according to another Feature of the invention suggested that immediately under the working shift there is an electrically conductive layer.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezug nahme auf die schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigtThe invention is described below with reference to an embodiment took explained in more detail on the schematic drawings. It shows

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Vorrichtung zur Behandlung einer Materialbahn; Fig. 1 is a side view of an apparatus for treating a material web;

Fig. 2 eine Ansicht der Vorrichtung gemäß der Fig. 1; FIG. 2 shows a view of the device according to FIG. 1;

Fig. 3 eine Ansicht einer Heizwalze und Fig. 3 is a view of a heating roller and

Fig. 4 einen vergrößerten Ausschnitt der Heizwalze gemäß dem in Fig. 3 dargestellten Kreis A. Fig. 4 shows an enlarged detail of the heating roller according to the circuit shown in Fig. 3 A.

Eine aus Fig. 1 ersichtliche, allgemein durch das Bezugszeichen 1 angedeutete Vorrichtung zur Behandlung einer Materialbahn, vorzugsweise zur Entwässerung einer Papierbahn 2 im Impulstrocknungsverfahren weist eine Heizwalze 3 und eine als Gegenlager dienende hydraulische Schuhwalze 4 auf, die zusammen mit der Heizwalze 3 einen Preßspalt 5 bildet. Die Gegenwalze 4 kann ebenfalls durch einen hydraulischen Schuh ersetzt werden.A seen in FIG. 1, indicated generally by the reference numeral 1 apparatus for treating a material web, preferably for dewatering a paper web 2 in the impulse drying method includes a heating roller 3 and serving as a counter bearing hydraulic shoe roll 4, which together with the heating roller 3 a press nip 5 forms. The counter roller 4 can also be replaced by a hydraulic shoe.

Die Heizwalze 3 ist in üblicher Weise als Rohr um ihre Längsachse drehbar gelagert. Die Heizwalze 3 kann sowohl hydrostatisch als auch hydrodynamisch auf der durchgehenden feststehenden Achse 6 abgestützt werden. Die Gegenwalze 4 ist eine Schuhwalze und ebenfalls hydrostatisch oder hydrodynamisch abgestützt (14).The heating roller 3 is mounted in the usual way as a tube rotatable about its longitudinal axis. The heating roller 3 can be supported hydrostatically as well as hydrodynamically on the continuous fixed axis 6 . The counter roller 4 is a shoe roller and is also hydrostatically or hydrodynamically supported (14).

In der Nähe der Oberfläche der Heizwalze 3 ist eine Außenbeheizung 8 vorgesehen, die beispielsweise als Induktions-Heizung ausgebildet ist, welche elektromagnetische Energie in das Material des Walzenmantels 7 der Heizwalze 3 koppelt und damit eine Temperaturerhöhung insbesondere der Arbeitsoberfläche bewirkt. In the vicinity of the surface of the heating roller 3 , an external heater 8 is provided, which is designed, for example, as an induction heater, which couples electromagnetic energy into the material of the roller shell 7 of the heating roller 3 and thus causes an increase in temperature, in particular on the work surface.

In den Fig. 3 und 4 ist der konstruktive Aufbau der Heizwalze 3 detailliert dargestellt. Wie aus der Fig. 3 zu erkennen ist, ist auf dem Walzenmantel 7 eine Beschichtung aufgebracht. Diese Beschichtung besteht aus einer isolierenden Grundschicht 9, einer keramischen Arbeitsschicht 10 und einer zwischen der Grundschicht 9 und der Arbeitsschicht 10 angeordneten elektrisch leitenden Schicht 11, die aus einem Metallpulver besteht. Die Schicht 11 ermöglicht in einfacher Weise das Aufheizen der Arbeitsschicht 10 durch Induktion von Wirbelströmen in die Schicht 11.In FIGS. 3 and 4, the structural design of the heating roller 3 is shown in detail. As can be seen from FIG. 3, a coating is applied to the roll shell 7 . This coating consists of an insulating base layer 9, a ceramic working layer 10 and, arranged between the base layer 9 and the working layer 10 electrically conductive layer 11, which consists of a metal powder. The layer 11 enables the working layer 10 to be heated up in a simple manner by induction of eddy currents into the layer 11 .

Die keramische Arbeitsschicht 10 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Stärke von etwa 0,5 mm auf und besteht aus Zirkoniumoxid. Die aus Al 203 bestehende Grundschicht 9 hat eine Schichtdicke von etwa 9,5 mm und ist mittels wasserstabilisierten Plasmaspritzen auf den Walzenmantel 7 aufgebracht. Die zwischen der Grundschicht 9 und der Arbeitsschicht 10 angeordnete Schicht 11 aus Metallpulver hat eine Stärke, die geringer ist als die Stärke der Arbeitsschicht 10 und etwa 0,4 mm beträgt. Es ist auch möglich, die Schicht 11 in die Arbeitsschicht 10 zu integrieren.In the exemplary embodiment shown, the ceramic working layer 10 has a thickness of approximately 0.5 mm and consists of zirconium oxide. The base layer 9 consisting of Al 203 has a layer thickness of approximately 9.5 mm and is applied to the roll shell 7 by means of water-stabilized plasma spraying. The layer 11 of metal powder arranged between the base layer 9 and the working layer 10 has a thickness which is less than the thickness of the working layer 10 and is approximately 0.4 mm. It is also possible to integrate the layer 11 into the working layer 10 .

Der Walzenmantel 7 der Heizwalze 3 besteht aus Schalenhartguß. Hierbei handelt es sich um ein Gußeisen, das aufgrund besonderer Legierung und Gußtechnik im äußeren Bereich 12 als sogenanntes weißes Eisen und im inneren Bereich 13 als sogenanntes graues Eisen anfällt. Das im äußeren Bereich 12 angeordnete weiße Eisen hat eine hohe Härte zwischen 450 und 600 HV, einen hohen E-Modul von ungefähr 180 000 M/mm² und eine schlechte Wärmeleitfähigkeit von ungefähr 20 W/nK. Darüber hinaus weist ein derart aufgebauter Walzenmantel eine hohe mechanische Festigkeit auf und wirkt als thermische Barriere. Die Schichtstärke des weißen Eisens im äußeren Bereich 12 beträgt etwa 30 mm, und die Schichtstärke des im inneren Bereich 13 angeordneten grauen Eisens beträgt etwa 110 mm, so daß der Durchmesser des Walzenmantels 7 ohne die Grundschicht 9 und die Arbeitsschicht 10 etwa 140 mm und mit der Grundschicht 9 und der Arbeitsschicht 10 etwa 150 mm beträgt. The roll shell 7 of the heating roll 3 consists of chilled cast iron. This is a cast iron which, due to a special alloy and casting technique, occurs in the outer area 12 as so-called white iron and in the inner area 13 as so-called gray iron. The white iron arranged in the outer region 12 has a high hardness between 450 and 600 HV, a high modulus of elasticity of approximately 180,000 M / mm ² and a poor thermal conductivity of approximately 20 W / nK. In addition, a roll shell constructed in this way has high mechanical strength and acts as a thermal barrier. The layer thickness of the white iron in the outer region 12 is approximately 30 mm, and the layer thickness of the gray iron arranged in the inner region 13 is approximately 110 mm, so that the diameter of the roller shell 7 without the base layer 9 and the working layer 10 is approximately 140 mm and with the base layer 9 and the working layer 10 is approximately 150 mm.

Im folgenden werden die Ausdehnungsmittelwerte der verschiedenen Schichten eines Walzenmantels 7 mit externer Beheizung nach dem Stand der Technik und nach der Erfindung gegenübergestellt, wobei sich alle Angaben auf Mittelwerte der jeweiligen Schichten beziehen:The mean expansion values of the various layers of a roll shell 7 with external heating according to the prior art and according to the invention are compared below, all the details relating to average values of the respective layers:

Es ist erkennbar, daß ein Walzenmantel 7 gemäß dem Stand der Technik thermisch stärker expandiert als die Arbeitsschicht, woraus Zugspannungen resultieren, die z. B. Oxidkeramik kaum aushält.It can be seen that a roll shell 7 according to the prior art expands more thermally than the working layer, which results in tensile stresses which, for. B. oxide ceramics can hardly withstand.

Bei der erfindungsgemäßen Ausführung ist die thermische Expansion aller die Arbeitsschicht 10 tragenden Unterschichten, nämlich die Grundschicht 9 und die Bereiche 12, 13 des Walzenmantels 7 von derselben Größenordnung und zudem geringer als die der Arbeitsschicht 10. Die Arbeitsschicht 10 befindet sich somit während des Betriebes unter einer Druckvorspannung, was sich günstig auf die Lebensdauer der Arbeitsschicht auswirkt. Zwischen der Grundschicht 9 und einerseits der Arbeitsschicht 10 sowie andererseits dem weißen Eisen im Bereich 12 sind keine nennenswerten relativen Spannungen vorhanden. Bei einem Vergleich des Energieverlustes einer Heizwalze mit 1350 mm Außendurchmesser und 150 mm Wandstärke aus Grauguß, die eine 0,5 mm starke Schicht aus Zirkoniumoxid hat und extern auf 300 bis 400°C aufgeheizt wird, ist festzustellen, daß der Wärmestrom bei einer nach der Erfindung ausgebildeten Heizwalze 3 anstelle von 220 kW/m Rohr länge auf ca. 71 kW/m Rohrlänge reduziert wird. Hieraus resultiert, daß der thermische Wirkungsgrad von 55% im Stand der Technik auf 79% bei einer Vor richtung gemäß der Erfindung verbessert und die Energieverluste entsprechend verringert werden.In the embodiment according to the invention, the thermal expansion of all the lower layers bearing the working layer 10 , namely the base layer 9 and the regions 12 , 13 of the roll shell 7, is of the same order of magnitude and, moreover, less than that of the working layer 10 . The working layer 10 is thus under pressure during operation, which has a favorable effect on the service life of the working layer. Between the base layer 9 and on the one hand the working layer 10 and on the other hand the white iron in the area 12 there are no significant relative tensions. When comparing the energy loss of a heating roller with 1350 mm outer diameter and 150 mm wall thickness made of gray cast iron, which has a 0.5 mm thick layer of zirconium oxide and is externally heated to 300 to 400 ° C, it can be seen that the heat flow at one after the Invention trained heating roller 3 instead of 220 kW / m tube length is reduced to about 71 kW / m tube length. As a result, the thermal efficiency is improved from 55% in the prior art to 79% in a device according to the invention and the energy losses are reduced accordingly.

Hieraus resultiert ferner der Vorteil, daß die Kühleinrichtungen für das Hydrauliköl für die hydrostatische oder hydrodynamische Abstützung wesentlich kleiner und damit wirtschaftlicher dimensioniert werden können.This also has the advantage that the cooling devices for the hydraulic oil for hydrostatic or hydrodynamic support much smaller and so that it can be dimensioned more economically.

Claims

1. Device for treating a material web, preferably for dewatering a paper web ( 2 ) in the pulse drying process, with a heating roller ( 3 ) and a counter bearing ( 4 ), which together with the heating roller ( 3 ) forms a press nip ( 5 ), at least the heating roller ( 3 ) has a fixed axis, a roller shell ( 7 ) and at least one bearing element for supporting the roller shell ( 7 ) on the axis and the roller shell ( 7 ) has a base layer ( 9 ) and one applied to the base layer ( 9 ) contains a thin, heatable ceramic working layer ( 10 ), characterized in that

a) that the ceramic working layer ( 10 ) has a thickness of less than 1 mm,
b) that the base layer ( 9 ) consists of ceramic material as thermal insulation, and
c) that the base layer ( 9 ) has a thickness which is greater than the thickness of the ceramic working layer ( 10 ).

2a. Device according to claim 1, characterized in that the ceramic Working layer metal plasma spraying is applied and

2 B. Apparatus according to claim 1, characterized in that the heat-insulating base layer ( 9 ) is applied to the roll shell ( 7 ) by means of water-stabilized plasma spraying.

3. Device according to claim 1, characterized in that the base layer ( 9 ) has a thickness of 5 to 30 mm.

4. The device according to claim 3, characterized in that the base layer ( 9 ) has a thickness of 8 to 10 mm, preferably about 9.5 mm.

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the base layer ( 9 ) consists of Al 203.

6. The device according to claim 1, characterized in that the ceramic working layer ( 10 ) consists of zirconium oxide and has a thickness of about 0.5 mm.

7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the roller shell ( 7 ) consists of chilled cast iron, which has white iron in the outer region ( 12 ) and gray iron in the inner region ( 13 ).

8. The device according to claim 7, characterized in that the white iron in the outer region ( 12 ) has a layer thickness of 20 to 80 mm.

9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the heating of the heating roller ( 3 ) takes place from the outside.

10. Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the ceramic working layer ( 10 ) is mixed with a metal powder, so that the working layer ( 10 ) is electrically conductive.

11. The device according to claims 1 to 10, characterized in that the heating of the heating roller ( 3 ) by induction of eddy currents in the working layer ( 10 ).

12. The apparatus according to claim 10, characterized in that there is an electrically conductive intermediate layer ( 11 ) under the ceramic working layer ( 10 ).