DE4443598A1 - Preßmantel und Verfahren zur Herstellung eines Preßmantels - Google Patents

Description

Preßmantel zur Entwässerung einer Papierbahn in einem Preßspalt einer Papiermaschine, mit einer elastomeren Matrix, in die Verstärkungsfäden eingebettet sind, und wobei zumindest der äußere, der Stoffbahn zugewandte Bereich der Matrix eine erhöhte Verschleißfestigkeit aufweist.

Ein derartiger Preßmantel ist aus der US-A-4,978,428 bekannt.

Derartige Preßmäntel werden insbesondere in einer Preßeinrichtung einer Papiermaschine verwendet, um eine laufende Stoffbahn, die wässerige Papierbahn, zu entwässern. Eine solche Preßeinrich­ tung hat zwei Preßelemente (z. B. zwei Preßwalzen oder eine Preßwalze und einen Preßschuh), die miteinander einen Preßspalt bilden. Durch diesen Preßspalt läuft die zu entwässernde Stoffbahn zusammen mit dem Preßmantel und gegebenenfalls zusammen mit einem oder zwei Filzbändern. Der Preßmantel ist in der Regel endlos und kann in Bahnlaufrichtung gesehen, eine unterschied­ liche Länge aufweisen. Bei langen Preßmänteln wie etwa gemäß der GB-A-2 106 555 läuft der Preßmantel außerhalb des Preßspaltes über Leitwalzen um. Wenn der Preßmantel dagegen in Umlaufrichtung relativ kurz ist, so bildet er einen schlauchförmigen Preßmantel, der außerhalb des Preßspaltes auf einer im wesentlichen kreis­ förmigen Bahn umläuft.

Preßmäntel dieser Art sind im Betrieb hohen Beanspruchungen ausgesetzt. Im Preßspalt ergibt sich eine hohe Druck- und Walkbeanspruchung, die zu einer vorzeitigen Abnutzung des Preßmantels führt. Insbesondere an der Oberfläche des Preß­ mantels, die der Papierbahn zugewandt ist, stellt sich ein erheblicher Abrieb ein. Bei konventionellen Walzen führt dies dazu, daß sich die Kompression des Preßmantels im Preßspalt und damit die Entwässerungsleistung verändert. Bei Preßmänteln für Schubpressen führt dies zu einem geänderten Druckverlauf und gleichfalls zu einem veränderten Entwässerungsverhalten.

Darüber hinaus sind auch gerillte Preßmäntel bekanntgeworden (US-A-4 559 106, WO-A-92/02678, US-A-4 478 428, US-A-5 062 924), um das Wasseraufnahmevermögen im Bereich des Preßspaltes zu verbessern. Auch derartige mit Rillen versehene Preßmäntel sind den gleichen Beanspruchungen - wie oben erwähnt - ausgesetzt, so daß sich infolge der Schwächung der Rillen und infolge der Zug- und Scherbeanspruchungen, die im Rillenbereich verstärkt auftreten, sogar noch ein stärkerer Verschleiß im Bereich der Rillen einstellt, was mit den oben erwähnten Nachteilen verbunden ist.

Aus diesem Grunde wurde gemäß der eingangs erwähnten US-A-4 978 428 eine äußere, der Stoffbahn zugewandte verschleiß­ feste Schicht mit einer größeren Härte als die darunterliegende Schicht vorgesehen. Es hat sich gezeigt, daß bei einer derartigen Ausführung, bei der eine Schicht größerer Härte auf eine Schicht kleinerer Härte angeordnet ist, die Gefahr einer Ablösung der beiden Schichten voneinander und somit die Gefahr einer Zer­ störung des Preßmantels besteht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen verbesser­ ten Preßmantel zu schaffen, der die Nachteile des Standes der Technik vermeidet, insbesondere eine hohe Standzeit und einen geringen Abrieb aufweist. Ferner soll ein geeignetes Verfahren zur Herstellung eines solchen angegeben werden.

Hinsichtlich des Preßmantels wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einem Preßmantel der eingangs genannten Art der äußere als auch der innere, der Papierbahn abgewandte Bereich aus einem heißgießbaren Matrixmaterial bestehen und in einem Arbeitsgang hergestellt sind, und daß der äußere Bereich thermisch behandelt ist, um das Matrixmaterial in diesem Bereich auszuhärten.

Während gemäß dem Stand der Technik eine erhöhte Verschleiß­ festigkeit des äußeren, der Papierbahn zugewandten Bereiches, der auch einer stärkeren Beanspruchung ausgesetzt ist, durch Verwendung eines Matrixmaterials mit höherer Härte und Ver­ schleißfestigkeit erzielt wird, wird erfindungsgemäß eine erhöhte Verschleißfestigkeit und gegebenenfalls Härte und Zähigkeit des äußeren Bereiches des Preßmantels, der erhöhten Bean­ spruchungen ausgesetzt ist, ausschließlich durch eine thermische Behandlung erreicht. Dagegen erhält der innere Bereich eine hohe Elastizität, da die Vernetzung in diesem Bereich nicht so hoch wie im äußeren Bereich ist.

Erfindungsgemäß weist der Preßmantel also durchgehend das gleiche Matrixmaterial auf. Ablösungserscheinungen, die bei herkömmlichen Preßmänteln aufgrund der Verwendung von Matrixmaterialien mit unterschiedlichen Härten, Zähigkeiten und dergleichen im äußeren und im inneren Bereich auftreten können, werden so sicher vermie­ den. Gleichzeitig läßt sich durch eine gezielte thermische Behandlung des äußeren Bereiches insbesondere eine größere Ver­ schleißfestigkeit erzielen, wobei gleichzeitig zumeist eine höhere Härte und Zähigkeit erreicht wird. Durch die thermische Behandlung, die vorzugsweise auf den Preßbereich des Preßmantels beschränkt wird, der durch den Preßspalt verläuft, kann so ge­ zielt eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des äußeren Bereiches des Preßmantels herbeigeführt werden. Durch die zusätzliche thermische Behandlung wird in diesem Bereich eine stärkere Vernetzung des elastomeren Matrix-Materials herbei­ geführt, wodurch die verbesserten mechanischen Eigenschaften erreicht werden. Da jedoch der Preßmantel durchgehend aus dem gleichen Matrix-Ausgangsmaterial besteht, werden Ablösungser­ scheinungen zwischen dem äußeren, thermisch behandelten Bereich und dem inneren, thermisch nicht behandelten Bereich vermieden.

Als Matrixmaterial wird hierbei ein heißgießbares Material, vorzugsweise ein heißgießbares Polyurethan verwendet.

Ein erfindungsgemäßer Preßmantel weist so eine gegenüber herkömm­ lichen Preßmäntel erheblich verbesserte Lebensdauer auf, wobei gleichzeitig eine hohe Betriebssicherheit gewährleistet ist.

Bei Preßmänteln, deren Preßbereich mit Rillen oder Blindbohrungen versehen ist, um eine zusätzliche Wasseraufnahmekapazität zu schaffen, erstreckt sich der äußere, thermisch behandelte Bereich zumindest bis zu der Tiefe, bis zu der sich die Rillen oder Blindbohrungen erstrecken.

Hierdurch wird erreicht, daß der gesamte, einer verstärkten Beanspruchung ausgesetzte Bereich des Preßmantels eine verbes­ serte Verschleißfestigkeit, Härte und Zähigkeit aufweist. Dies ist von besonderer Bedeutung, da insbesondere im Bereich der Rillen verstärkte Beanspruchungen durch Kerbspannungen auftreten.

Es versteht sich, daß die thermische Behandlung auch bis über eine größere Tiefe vorangetrieben werden kann, so daß bis zu den Verstärkungsfäden ein erhöhter Verschleißwiderstand erreicht wird, oder so daß gegebenenfalls sogar die gesamte Matrix des Preßmantels erfaßt wird.

Vorzugsweise wird die thermische Behandlung jedoch so gesteuert, daß nur der äußere Bereich ausgehärtet wird, während der innere Bereich praktisch nicht von der thermischen Behandlung erfaßt wird, so daß sich hier ein geringerer Vernetzungsgrad einstellt, was zu einer größeren Elastizität führt. Dagegen ergibt sich im äußeren Bereich eine erhöhte Verschleißfestigkeit.

Die Tiefe des äußeren Bereiches, bis zu der die erhöhte Ver­ schleißfestigkeit des Matrix-Materials erzielt wird, wird insbesondere durch die Dauer der Temperaturbehandlung bei einer vorgegebenen Temperatur gesteuert.

In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung erstreckt sich der thermisch behandelte Bereich nur über einen zwischen den beiden seitlichen Randbereichen des Preßmantels eingeschlossenen Preßbereich.

Dadurch wird erreicht, daß der Preßmantel zwar in den Randbe­ reichen eine ausreichende Festigkeit aufweist, um einen Antrieb über die Tragscheiben zu ermöglichen, wobei eine ausreichende Elastizität zur Einspannung an seitlichen Tragscheiben gewähr­ leistet bleibt, wobei jedoch andererseits nur im mittleren Preßbereich des Preßmantels eine notwendige Erhöhung des Ver­ schleißwiderstandes vorgenommen wird, was gleichzeitig mit einer Erhöhung der Härte und der Zähigkeit des Materials verbunden ist.

Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe der Erfindung durch ein Verfahren gelöst, bei dem ein elastomeres Matrixmaterial auf einen Gießkörper aufgegossen wird und dabei Verstärkungsfäden eingewickelt werden, wobei zumindest der äußere, der Stoffbahn zugewandte Bereich des Preßmantels einer thermischen Behandlung unterzogen wird, um die Verschleißfestigkeit zu erhöhen.

Das aus dem Stand der Technik bekannte Herstellungsverfahren (DE-C 40 22 800) wird somit erfindungsgemäß durch einen sich an den Gießvorgang anschließenden thermischen Behandlungsschritt erweitert, um eine erhöhte Verschleißfestigkeit des äußeren, der Papierbahn zugewandten Bereiches des Preßmantels zu erzielen.

Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem nach der Aushärtung der elastomeren Matrix in die der Papierbahn zugewandte Oberseite des Preßmantels Rillen oder Blindbohrungen eingebracht werden, wird die thermische Behandlung zumindest soweit vorangetrieben, daß zumindest bis zu der Tiefe, bis zu der sich die Rillen oder Blindbohrungen erstrecken, eine erhöhte Verschleißfestigkeit durch die thermische Behandlung erzielt wird.

Hierdurch wird gewährleistet, daß der gesamte, einer erhöhten Beanspruchung ausgesetzte Bereich des Preßmantels auch einen erhöhten Verschleißwiderstand aufweist. Vorzugsweise wird hierbei die thermische Beeinflussung sogar noch bis zu einer etwas größeren Tiefe als der Tiefe der Rillen oder Blindbohrungen vorangetrieben, da insbesondere am Grund der Rillen oder Blindbohrungen erhöhte Kerbspannungen auftreten können, so daß eine erhöhte Festigkeit auch noch in dem Bereich leicht unterhalb der Rillen oder Blindbohrungen vorteilhaft ist.

Dabei wird die thermische Behandlung vorzugsweise so gesteuert, daß der innere Bereich nicht erfaßt wird. Dadurch wird eine höhere Elastizität im inneren Bereich gewährleistet, was sich vorteilhaft auf die Lebensdauer des Preßmantels auswirkt. Der Preßmantel wird vorzugsweise über einen Zeitraum von etwa 6 bis 16 Stunden derart mit Wärme beaufschlagt, daß sich an der Oberfläche eine Temperatur von etwa 60°C bis 120°C einstellt. Bei einem Preßmantel von ca. 5 mm Stärke hat sich eine Behand­ lungsdauer von etwa 8 bis 14 Stunden, insbesondere eine Behand­ lungsdauer von etwa 9 bis 11 Stunden als besonders vorteilhaft erwiesen bei einer Oberflächentemperatur von etwa 70°C bis 100°C, insbesondere von 80°C bis 90°C.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach­ folgend noch zu erläuternden Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungs­ beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 einen Teil-Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Preßmantel;

Fig. 2 eine vereinfachte schematische Schnittdarstellung einer Vorrichtung zur Herstellung eines Preßmantels (nicht maßstabsgerecht) und

Fig. 3 eine vereinfachte Darstellung einer Preßeinrichtung im Bereich des Preßspaltes.

Ein erfindungsgemäßer Preßmantel ist in Fig. 1 insgesamt mit der Ziffer 10 bezeichnet.

Fig. 3 zeigt die Verhältnisse an einem Preßspalt 50 einer Schuhpresse bekannter Art in schematischer Darstellung, bei der der Preßmantel 10 über einen Preßschuh 54 umläuft, der mit einer Gegenwalze 52 den Preßspalt 50 bildet. Eine Stoffbahn in Form einer wässerigen Papierbahn 58 ist zwischen der Gegen­ walze 52 und einer Filzbahn 56 geführt, die über den Preßmantel 10 läuft. Infolge eines hohen Preßdruckes im Preßspalt 50 wird die Papierbahn 58 im Preßspalt 50 entwässert, wobei das Wasser von der Filzbahn 56 bzw. von Rillen im Preßmantel aufgenommen wird.

Der Preßmantel 10 ist gemäß Fig. 1 als endloses, schlauchförmiges Band ausgebildet, das in seinem mittleren Bereich, dem Preß­ bereich 12 eine größere Dicke aufweist.

Der Preßmantel 10 weist eine elastomere Matrix 28 auf, die aus einem heißgießbaren Polyurethan besteht. Die elastomere Matrix ist durch Verstärkungsfäden 16, 18 verstärkt, die dem Preßmantel die nötige Stabilität verleihen.

Die Verstärkungsfäden 16, 18 bestehen aus radial inneren, der Stoffbahn 58 abgewandten, zueinander parallelen Axialfäden 16, die sich in gleichmäßigen Abständen zwischen beiden Rändern des Preßmantels 10 in Querrichtung erstrecken, und aus quer dazu verlaufenden, also im wesentlichen in Stoff-Flußrichtung 60 gemäß Fig. 3 verlaufenden Längsfäden 18, die spiralförmig über den Axialfäden 16 aufgewickelt sind, wie dies nachfolgend noch an Hand von Fig. 2 näher erläutert wird.

An beiden Seiten des Preßbandes 10 geht der Randbereich 14 über einen schrägen Abschnitt 30 in den Preßbereich 12 des Preßmantels über, der während der Benutzung des Preßmantels 10 durch den Preßspalt 50 umläuft, und der eine erheblich größere Stärke der elastomeren Matrix 28 oberhalb der Verstärkungsfäden 16, 18, also auf der der Stoffbahn 58 zugewandten Seite aufweist.

Im Preßbereich 12 erstrecken sich ferner in gleichmäßigen Abständen voneinander in Längsrichtung des Preßmantels 10, also in Bahnlaufrichtung 60, Rillen 24 mit rechteckförmigem Quer­ schnitt, die zur Wasseraufnahme des ausgepreßten Wassers im Preßspalt 50 vorgesehen sind. Alternativ kann auch ein abgerun­ deter Nutengrund vorgesehen sein.

Die Rillen 24 erstrecken sich über die gesamte Breite des Preßbereiches 12 in gleichmäßigen Abständen zueinander und weisen eine Tiefe von t auf.

Der äußere, der Papierbahn 58 zugewandte Bereich 20 des Preß­ mantels 10 wurde bis zu einer Tiefe a einer thermischen Behand­ lung unterzogen, um die Verschleißfestigkeit der Matrix 28 zu erhöhen. Der temperaturbehandelte Bereich 20 erstreckt sich über die gesamte Breite des Preßbereiches 12 und reicht seitlich bis an den Randbereich 14 heran. Der temperaturbehandelte Bereich 20 ist durch eine Grenzschicht 26 von dem unbehandelten Bereich getrennt. Dabei läuft die Grenzschicht 26 noch unterhalb des unteren Endes der Rillen 24, so daß die Tiefe des temperatur­ behandelten Bereiches a größer ist als die Tiefe der Rillen t. Der temperaturbehandelte Bereich 20 zeichnet sich durch eine größere Verschleißfestigkeit und Härte aus, so daß eine erhöhte Standfestigkeit des Preßmantels 10 erreicht wird, die insbe­ sondere in dem Bereich des Preßmantels erzielt wird, der erhöhten Beanspruchungen beim Betrieb ausgesetzt ist. Dabei wird auch im Bereich des unteren Endes der Rillen 24, in denen infolge von Kerbwirkungen erhöhte Spannungen auftreten, eine ausreichende Festigkeit gewährleistet. Es versteht sich, daß anstelle von Rillen auch Blindbohrungen vorgesehen sein können, die in einem vorgegebenen Bohrmuster angebracht werden.

Die Herstellung des Preßmantels geschieht in an sich bekannter Weise, wie dies im einzelnen in der DE-A-37 15 153 beschrieben ist.

Eine Vorrichtung 40 zur Herstellung des Preßmantels 10 weist einen zylindrischen Gießkörper 46 auf, zwischen dessen beiden Stirnseiten mit einem vorgegebenen Abstand von der Oberfläche die Axialfäden zueinander parallel aufgespannt sind. Über eine Leitung 48 wird bei erhöhter Temperatur durch eine Gießdüse 42 Polyurethan von oben zugeführt, während der Gießkörper 46 in Pfeilrichtung 44 um seine Mittelachse 48 gedreht wird und die Gießdüse 42 über einen Support parallel zur Mittelachse 48 zugestellt wird, so daß sich beim kontinuierlichen Gießvorgang nach und nach eine zylindrische Mantelfläche ergibt. Dabei gelangt das Gießmaterial durch die Axialfäden 16 bis auf den Gießkörper 46 und bildet die elastomere Matrix 28 des Preß­ mantels.

Dabei wird gleichzeitig ein Längsfaden 18 spiralförmig einge­ wickelt, der auf den Axialfäden 16 von außen aufliegt.

So entsteht in an sich bekannter Weise der Preßmantel 10.

Anschließend werden in Längsrichtung des Preßmantels 10 in gleichmäßigen Abständen voneinander Rillen 24 angebracht, die sich bis zu einer Tiefe t erstrecken. Erfindungsgemäß wird danach der Preßmantel 10 über die gesamte Breite des Preßbereiches bis zu einer Tiefe a, die etwas größer als die Tiefe t der Rillen 24 ist, einer Temperaturbehandlung unterzogen, wodurch die Verschleißfestigkeit der elastomeren Matrix 28 in diesem Bereich erhöht wird, da der Vernetzungsgrad der elastomeren Matrix 28 erhöht wird. Hierzu kann beispielsweise ein Strahler verwendet werden.

Bei einem Preßmantel von etwa 5 mm Stärke hat sich unter Verwendung eines heißgießbaren Polyurethans eine Behandlungsdauer von etwa 8 bis 14 Stunden, vorzugsweise von ca. 10 Stunden, als besonders vorteilhaft erwiesen, wobei die Temperatur derart gesteuert wird, daß sich an der Oberfläche des Preßmantels eine Temperatur von etwa 60°C bis 120°C, vorzugsweise von etwa 80°C bis 90°C einstellt.

Es versteht sich, daß die thermische Behandlung auch noch bis zu einer größeren Tiefe hin vorgezogen werden kann, sich also bis zu den Verstärkungsfäden oder sogar darüber hinaus erstrecken kann.

Claims (7)

1. Preßmantel zur Entwässerung einer Papierbahn in einem Preßspalt (50) einer Papiermaschine, mit einer elastomeren Matrix (28), in die Verstärkungsfäden (16, 18) eingebettet sind, und wobei zumindest der äußere, der Papierbahn (58) zugewandte Bereich der Matrix eine erhöhte Verschleißfestig­ keit aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere (20) als auch der innere, der Stoffbahn (58) abgewandte Bereich (22) aus einem heißgießbaren Matrixmaterial bestehen und in einem Arbeitsgang hergestellt sind, und daß der äußere Bereich (20) thermisch behandelt ist, um das Matrixmaterial in diesem Bereich auszuhärten.

2. Preßmantel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der der Papierbahn (58) zugewandten Oberseite des Preßmantels Rillen (24) oder Blindbohrungen vorgesehen sind, die sich bis zu einer Tiefe (t) erstrecken, und daß sich der äußere, thermisch behandelte Bereich (20) wenigstens bis zur Tiefe (t) der Rillen (24) oder Blind­ bohrungen erstreckt.

3. Verfahren zur Herstellung eines Preßmantels für eine Preßvorrichtung zur Entwässerung einer Papierbahn in einem Preßspalt (50) einer Papiermaschine, bei dem ein elastomeres Matrix-Material (58) auf einen Gießkörper (46) aufgegossen wird und dabei Verstärkungsfäden (16, 18) eingewickelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Gießvorgang bei erhöhter Temperatur erfolgt, und daß zumindest der äußere, der Papierbahn zugewandte Bereich (20) des Preßmantels einer thermischen Behandlung unterzogen wird, um den äußeren Bereich auszuhärten.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Aushärtung der elastomeren Matrix (28) in die der Papierbahn (58) zugewandte Oberseite Rillen (24) oder Blindbohrungen eingebracht werden, die sich bis zu einer Tiefe (t) erstrecken, und daß die thermische Behandlung soweit vorangetrieben wird, daß sich zumindest bis zur Tiefe (t) der Rillen (24) oder Blindlochbohrungen eine erhöhte Verschleißfestigkeit ergibt.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßmantel über einen Zeitraum von etwa 6 bis 10
Stunden derart mit Wärme beaufschlagt wird, daß sich an der Oberfläche eine Temperatur von etwa 60°C bis 120°C einstellt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßmantel über einen Zeitraum von etwa 8 bis 14 Stunden derart mit Wärme beaufschlagt wird, daß sich an der Oberfläche eine Temperatur von etwa 70°C bis 100°C ein­ stellt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßmantel über einen Zeitraum von etwa 9 bis 11 Stunden derart mit Wärme beaufschlagt wird, daß sich an der Oberfläche eine Temperatur von etwa 80°C bis 90°C einstellt.