DE68914614T2

DE68914614T2 - Bahnführungsrolle aus Aluminium und Verfahren zu deren Herstellung.

Info

Publication number: DE68914614T2
Application number: DE68914614T
Authority: DE
Inventors: Edward F C O Eastman Hurtubis; Daniel C C O Eastman Koda Lioy; Edward R C O Eastman Schickler
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1988-12-12
Filing date: 1989-12-05
Publication date: 1994-10-13
Anticipated expiration: 2009-12-06
Also published as: EP0373482A2; JP2683123B2; US4910844A; EP0373482A3; DE68914614D1; JPH03124657A; EP0373482B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Bandtransportrolle und auf ein Verfahren zur Herstellung einer zum Bandtransport benutzten Rolle, so daß die mitgeführte Luft, die zwischen der Rollenoberfläche und dem Band eingeschlossen ist, von der Rollenoberfläche abgeleitet wird wenn sich die Rolle und das Band berühren.
Bei vielen Produktionsprozessen wird ein Band um eine Vielzahl von Rollen gelegt, während es durch mehrere Stationen transportiert wird. Einige der Rollen werden als Antriebsrollen zum Vorschub des Bandes benutzt und die anderen Rollen sind einfach Führungsrollen. Gewöhnlich ist die Bandtransportvorrichtung derart gestaltet, daß eine Relativbewegung zwischen der Oberfläche der Rolle und dem Band vermieden wird, um somit eine Dehnung oder eine andere Beschädigung des Bandes zu vermeiden. Dies ist besonders wichtig während der Produktion empfindlicher Materialien, wie z.B. fotografischem Film, Papier und magnetischen Medien, bei denen diese Relativbewegung im Endprodukt einen Oberflächendefekt erzeugen kann. Deshalb ist es wünschenswert, daß die Rollenoberfläche ausreichend glatt ist, um eine Beschädigung des Bandes durch die Antriebs- oder Führungsrollen zu vermeiden. Gleichzeitig ist es wichtig, daß zwischen der Rolle und dem Band eine ausreichende Reibung vorherrscht, damit die Antriebsrollen das Band vorwärtstransportieren können und die Führungsrollen durch das Band mit der gleichen Oberflächengeschwindigkeit gedreht werden, falls das Band die Führungsrollen berührt.
Bei einer Bandtransportvorrichtung, die Antriebs- oder Führungsrollen verwendet, kann Luft zwischen der Rolle und der Bandoberfläche eingeschlossen werden. Tnsbesonders kann die Bewegung des Bandes Luft in den Spalt zwischen dem Band und der Oberfläche der Rolle drängen. Dies geschieht bevorzugt wenn sich das Band mit hoher Geschwindigkeit bewegt.
Diese Grenzschicht aus Luft kann schließlich zu einer teilweisen Ablösung zwischen der Oberfläche des Bandes und der Oberfläche der Rollenoberfläche führen. Wenn dies geschieht, ändert sich die Fähigkeit der Antriebsrolle das Band vorwärts zu transportieren, und das Band kann nicht wirkungsvoll die Führungsrollen drehen. Als Ergebnis kann zwischen den Rollen und dem Band eine Relativbewegung auftreten, die im Band Qualitätseinbußen hervorruft.
Es gab Anstrengungen, die durch eine Luftgrenzschicht zwischen einer Rolle und dem Band verursachten Probleme zu lösen. Ein Beispiel hierzu ist in der US-A-4,426,757 offenbart. Die in diesem Patent beschriebene Bandführungsrolle besitzt an ihrer äußeren Oberfläche Vertiefungen, die die von bewegten Band mitgeführte Luft aufnehmen. Insbesondere umfassen die Vertiefungen ein fein verzweigtes Netzwerk aus Kompressionskammern, die auf der Rollenoberfläche zwischen plateauähnlichen, glatt geschliffenen und polierten Bereichen angeordnet sind, die das Band berühren. In diesen Kammern wird die Luft zwischen dem Band und der Rolle verdichtet. Die Luft tritt in diese Kammern zu dem Zeitpunkt ein, an dem das Band zum ersten Mal die Rolle berührt, und die Luft tritt zu dem Zeitpunkt aus den Kammern aus, an dem das Band von der Rolle wegläuft.
Ebenso ist aus US-A-3,405,855 bekannt, daß man eine Vielzahl von Riefen in die Oberfläche einer Rolle einbringt, um die Luftgrenzschicht zu kontrollieren. Wie in diesem Patent offenbart, ergeben die Riefen Durchlässe zum Entweichen der Luft. Diese Riefen werden eigens nach einem vorbestimmten und sich wiederholenden Muster gebildet. Dies kann beispielsweise nach einem Schneideverfahren erfolgen, das sowohl teuer als auch zeitaufwendig ist. Ebenso muß die Form und die Größe der Riefen sorgfältig kontrolliert werden, damit keine unerwünschten Abdrücke in dem um die Rollen beförderten Band zurückbleiben. Die unerwünschten Abdrücke können Eindrücke sein, die daher rühren, daß das Band gegen die Kanten der Riefen gedrückt wird. Ebenso können die Riefen thermische Defekte hinterlassen, die z. B. durch den Teil des Bandes verursacht werden, der die Rollenoberfläche berührt und anders trocknet als die Bereiche des Bandes über den Riefen. Hinzu kommt, daß die so erhaltenen musterähnlichen Abdrücke viel leichter für das menschliche Auge sichtbar sind als statistisch verteilte Abdrücke. Folglich sind diese Abdrücke unerwünscht, insbesondere bei fotografischen Produkten wie Film oder Papier.
Aufgabe der Erfindung ist es, den dynamischen Lufteinschluß zwischen der Rollenoberfläche einer Aluminiumrolle und einem bewegten Band zu kontrollieren, und Luft zwischen der Rollenoberfläche und dem bewegten Band abzuleiten, ohne daß dazu ein besonderes sich wiederholendes Muster von Riefen in der Rolle notwendig ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Oberflächenbearbeitung einer Rolle gelöst, das durch folgende Schritte gekennzeichnet ist: Abstrahlen der Oberfläche der Rolle mit Stahlschrot, so daß auf der Oberfläche eine vertiefte Struktur mit abgerundeten Vertiefungen und sehr scharfkantigen Erhöhungen erzeugt wird, Schleifen der Oberfläche, damit die scharfkantigen Erhöhungen entfernt werden, ohne daß dabei mehr als 50% der beim Abstrahlen entstandenen Mustertiefe wegfallen, um somit von miteinander verbundenen Kanälen umgebene Plateaus zu erzeugen, und Hartbeschichten der Oberfläche. Ebenso wird die Aufgabe durch eine Aluminiumtransportrolle gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie im wesentlichen sphärische Vertiefungen in der Oberfläche aufweist, daß viele der Vertiefungen überlappen, um miteinander verbundene Kanäle zu bilden, die mehr als 50% der Rollenoberfläche umfassen, daß eine Vielzahl der Plateaus zwischen den Kanälen mindestens 20% der Oberfläche der Rolle umfassen, und daß eine Deckschicht aus einem harten und beständigen Metall aufgebracht ist.
In der detailierten Berschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wird nachstehend auf die Zeichnung Bezug genommen. Die Zeichnung zeigt in:
Fig. 1 eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Bandführungsrolle, wobei ein Band um einen Teil der Rollenoberfläche geführt ist,
Fig. 2 einen vergrößerten Teilguerschnitt der Trägerrolle nachdem sie mit Schrot abgestrahlt wurde,
Fig. 3 eine der Fig. 2 ähnliche Ansicht, nachdem die mit Schrot abgestrahlte Rolle feingeschliffen wurde,
Fig. 4 einen Querschnitt ähnlich dem aus Fig. 3 nachdem die Rollenoberläche hartbeschichtet und poliert wurde, und
Fig. 5 ein mikroskopisches Bild der Oberfläche der erfindungsgemäßen Rolle.
Bezugnehmend auf Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Bandtransportrolle 10 im Uhrzeigersinn um ihre Längsache rotierbar (siehe Pfeil). Ein Band 12 ist um einen Teil der Rolle geführt. Die Rolle 10 kann entweder eine Antriebsrolle oder eine Führungsrolle sein. In beiden Fällen sollen die Geschwindigkeit der Rollenoberfläche und die lineare Geschwindigkeit des Bandes jeweils gleich groß sein, so daß kein Schlupf zwischen den Rollen und dem Band auftritt. Dies ist besonders wichtig, wenn das Band 12 aus einem Material besteht, das leicht beschädigbar ist, wie z. B. fotografischer Film, Papier oder magnetische Aufzeichnungsmedien Die Oberfläche 14 der Rolle 10 ist in Anbetracht des nachstehend beschriebenen Verfahrens besonders gestaltet, um eine Relativbewegung zwischen der Rolle und dem Band zu vermeiden.
Das Verfahren zur Herstellung einer Rolle 10 (siehe Fig. 2) kann auf zylindrische Schalen oder massive Rollen aus verschiedenen Materialien angewandt werden. Im besonderen wird das Verfahren auf eine massive Aluminiumrolle 16 angewendet. Die Länge und der Durchmesser der sind veränderbar, z. B. kann die Rolle eine ausreichende Länge besitzen, um 2,4 m breite (oder breitere) Bänder zu tragen.
Anfänglich wird die Oberfläche der Rolle 16 mit Stahlschrot abgestrahlt, um auf der Oberfläche eine vertiefte Struktur 20 zu erzeugen (siehe Fig. 2). Die Oberflächenstruktur besitzt abgerundete Vertiefungen 22 und scharfkantige Erhöhungen 24 mit Spitzen. Die Vertiefungen besitzen im wesentlichen eine halbkugelfrömige Gestalt und erstrecken sich über die gesamte Länge und den gesamten Umfang der Rolle 16.
Die halbkugelförmigen Vertiefungen 22, die während des Abstrahlprozesses gebildet wurden, besitzen eine Tiefe, die vom Impuls des Stahlschrots bestimmt ist, wenn es auf die Rollenoberfläche trifft. Vorzugsweise ist die Größe des Stahlschrots einheitlich, so daß ebenso die Masse eines jeden Stücks Stahlschrot konstant ist. Somit hängt der Impuls des Stahlschrots nur von der Geschwindigkeit des Schrots ab. Im Gegensatz dazu wird die Geschwindigkeit des Schrots durch die Düsengeometrie und den Abstrahldruck beeinflußt. Da die Düsengeometrie während des Abstrahlvorganges konstant ist, ist der verwendete Luftdruck die einzige Variable, die die Tiefe der Vertiefungen 22 bestimmt. Der Luftdruck wird geregelt, so daß er während des Abstrahlvorganges im wesentlichen konstant ist. Somit ist die Tiefe der Vertiefungen aufs Genaueste kontrolliert und daraus resultiert eine im wesentlichen einheitliche Tiefe.
Die Anzahl der Vertiefungen 22 wird durch die Schrotgröße und die Mustertiefe bestimmt. Je größer die Schrotgröße und je tiefer das Muster desto geringer ist die Anzahl der Vertiefungen 22 an der Oberfläche. Somit wird die Anzahl der Vertiefungen 22 und die Mustertiefe, die in engen Grenzen gehalten werden, nur durch die Schrotgröße beeinflußt. Zum Beispiel kann die Schrotgröße von ungefähr 152 µm bis ungefähr 2,032 mm reichen, was ungefähr 2 bis 20 Vertiefungen pro Millimeter ergibt. Viele der Vertiefungen 22 überlappen, so daß ein statistisches Muster aus miteinander verbundenen Kanälen in der Oberfläche der fertigen Rolle, wie nachstehend beschrieben (siehe Fig. 5), gebildet wird.
Der nächste Schritt bei der Herstellung der Rollenoberfläche umfaßt die Entfernung der Spitzen der Erhöhungen 24 und die Schaffung von Plateaus auf der Oberfläche, die von den miteinander verbundenen Kanälen umgeben sind, welche von den Vertiefungen 22 gebildet werden. Insbesondere wird die in Fig. 2 dargestellte Oberfläche einem Feinschleifvorgang unterzogen, wobei in mehreren Richtungen grob geschliffen wird, damit die Spitzen 24 der Erhöhungen abgetragen werden und eine Vielzahl statistisch ausgedehnter Plateaus 30 gebildet werden (siehe Fig. 3). Während dieses Vorgangs rotiert die Rolle und die Rotationsfrequenz der Rolle, die während des Schleifens ausgeübte Kraft und die Schleifrate in Längsrichtung der Rolle werden kontrolliert und sind im wesentlichen konstant, so daß eine Einheitlichkeit bezüglich der Höhe und der Glattheit der Plateaus über die gesamte Rollenoberfläche erreicht wird.
Der Feinschleifschritt umfaßt das Schleifen der Oberfläche mit einer Reihe von Schleifbändern mit fortschreitend abnehmender Korngröße. Beispielsweise kann die Oberfläche anfänglich mit einem 15 µm-Band geschliffen werden, das die Plateaus 30 erzeugt. Danach folgt ein Schleifvorgang mit einem 9 µm-Band, das die von dem rauheren 15 µm-Band erzeugten Kratzer auf den Plateaus entfernt. Im nächsten Schritt wird die Oberfläche mit einem 3 µm-Band geschliffen, um die vom 9 µm-Band erzeugten kleineren Kratzer zu entfernen. Der abschließende Schritt des Feinschleifvorgangs umfaßt das Polieren der Oberfläche, um die Kanten der Plateaus abzurunden, damit sie nicht das Band verkratzen. Dies wird bevorzugt dadurch erreicht, daß man eine Aufschlemmung verwendet, die aus einer Suspension von 9 µm Aluminiumoxid Poliermittel in Wasser besteht.
Die letztendliche Mustertiefe und die Kanalbildung durch die miteinander verbundenen Vertiefungen 22 werden dadurch kontrolliert, daß von dem abgestrahlten Muster (siehe Fig. 2) eine vorbestimmte Materialmenge abgetragen wird. Je mehr die Mustertiefe ausgehend von der als "abgestrahlt" bezeichneten Mustertiefe (siehe Fig. 2) während des Feinschleifprozesses reduziert wird, desto weniger Kanalbildung liegt vor. Die Reduzierung der Kanalbildung ist zu groß, wenn mehr als 50% der Tiefe der Vertiefungen 22 durch den Feinschleifprozeß entfernt wird. Im Gegensatz dazu wird bevorzugt, wenigstens 20% der Mustertiefe (siehe Fig. 3) zu entfernen, damit mögliche Kratzer der abgestrahlten Oberflächenstruktur ausgeschaltet werden, und daß die Plateaus nach dem Feinschleifschritt gut abgerundete Kanten haben.
Anschließend wird die in Fig. 3 dargestellte abgestrahlte und feingeschliffene Oberfläche hartbeschichtet. Das Hartbeschichten ist ein Konversionsbeschichtungsverfahren, das auf der Aluminiumrolle eine sehr harte und beständige Oberflächenschicht 34 erzeugt. Der Hartbeschichtungsprozeß reduziert das Volumen der durch die Vertiefungen 22 gebildeten Kanäle. In Anbetracht dessen sollte der Abstrahlvorgang mit Schrot angepaßt werden, damit das Ausmaß der Kanalbildung und die nach dem Hartbeschichten zurückbleibenden Vertiefungen sich innerhalb der vorstehend identifizierten Parameter befinden.
Der Schritt der Hartbeschichtung der Rollenoberfläche hinterläßt auf der Rollenoberfläche eine sehr feine Rauhigkeit. Diese Rauhigkeit wird durch Polieren entfernt. Dieser Polierschritt kann unter Verwendung einer Aufschlemmung durchgeführt werden, die eine Suspension aus 9 µm Aluminiumoxid Poliermittel in Wasser umfaßt. Der Polierschritt entfernt die Rauhigkeit von den Plateaus 30. Ebenso hinterläßt er gut abgerundete Ecken auf den Plateaus, so daß die Plateaus und deren Kanten das entlang der Rollenoberfläche laufende Band nicht verkratzen oder anderweitig negativ beeinflussen.
Vorzugsweise ist die fertige Rollenoberfläche elektrisch leitend. Demgemäß wird sofort nach den Schritten der Hartbeschichtung und des Polierens die Aluminiumrolle mit einem elektrischen Leiter, wie z.B. Silber, impregniert, um die elektrische Leitfähigkeit der Oberfläche zu erhöhen.
Fig. 5 zeigt eine mikroskopische Aufnahme eines Ausschnitts der Oberfläche der erf indungsgemäßen Rolle 14. Die Oberfläche umfaßt Plateaus 30 und eine Vielzahl Kanäle 32. Die Kanäle werden durch die Verbindung der Vertiefungen 22 erzeugt, die während der Abstrahlvorganges gebildet werden. Die meisten der Kanäle sind miteinander verbunden, um Durchlässe für die zwischen dem Band (siehe Fig. 1) und der Rollenoberfläche 14 eingeschlossenen Luft zu schaffen. Diese Durchlässe erstrecken sich in statistische Weise sowohl um den Umfang als auch in Längsrichtung der Rolle. Somit kann sich die Luft sowohl axial als auch um den Umfang der Rolle bewegen, um aus dem Bereich zwischen der Rolle und dem Band zu entweichen. Dies stellt zwischen den Plateaus 30 und der Bandoberfläche einen guten Kontakt sicher, wodurch sich kontrollierte Zugkraft- oder Reibungsbedingungen zwischen der Rolle und dem Band ergeben. Die Zugkraft zwischen der Rolle und dem Band ist vorausbestimmbar, da sehr wenig Luft zwischen der Rolle und dem Band eingebracht oder eingefangen wird. Falls zwischen die Rolle und das Band eine nicht unbedeutende Menge Luft gerät, würden die Zugkraftbedingungen der Rolle nachteilig beeinflußt.
Um Zugkraftbedingungen zu erhalten, die größer sind als bei einer geschliffenen Trägerrolle, sollte das abgestrahlte Muster der Vertiefungen 22 vorzugsweise tiefer als 12,7 µm sein, wie es durch einen 10 Rz Parameter bestimmt ist, und der kanalbildende Anteil des Oberflächenmusters sollte größer als 50% sein (oder weniger als 50% der Oberfläche sollten Plateaus 30 sein), wie durch Bertachtung der Oberfläche festgestellt werden kann. Vorzugsweise ist die Tiefe der Vertiefungen 22 bei der fertigen Oberfläche geringer als 25,4 µm, um das Reinigen der Rollenoberfläche zu erleichtern. Würde man eine gute Reinigungsmöglichkeit außer Acht lassen, könnte auch eine etwas größere Mustertiefe verwendet werden. Zusätzlich umfassen die Plateaus vorzugsweise mehr als 20% der Oberfläche, um dadurch die Möglichkeit für Kratzer auszuschalten. Die erforderliche Mustertiefe nimmt zu mit zunehmender Bandgeschwindigkeit.
Die statistische Verteilung der Durchlässe auf der Rollenoberfläche ist besonders für fotografische Produkte wünschenswert. Insbesondere können geringe Abdrücke des statistischen Musters auf dem Band nicht so leicht durch das menschliche Auge entdeckt werden wie ein regelmäßiges oder sich wiederholendes Muster von Abdrücken.

Claims

1. Verfahren zum Bearbeiten der Oberfläche einer zum Transport eines Bandes (12) dienenden Aluminiumrolle (10), wobei die Oberfläche (14) abgestrahlt wird, so daß Vertiefungen (22) entstehen, und die abgestrahlte Oberfläche abgeschliffen wird, um scharfkantige Erhöhungen (24) zu entfernen,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Oberfläche (14) der Rolle (10) mit Stahlschrot abgestrahlt wird, so daß auf der Oberfläche eine vertiefte Struktur (20) mit einem Muster aus (a) abgerundeten Vertiefungen (22), die im wesentlichen eine gleichförmige Tiefe aufweisen und von denen viele sich zumindest teilweise überlagern, sowie (b) scharfkantigen Erhöhungen (24) entsteht, daß

die abgestrahlte Oberfläche abgeschliffen wird, damit die scharfkantigen Erhöhungen (24) entfernt werden und dadurch auf der Oberfläche Plateaus (30) entstehen, ohne daß dabei mehr als 50 % der beim Abstrahlen entstandenen Mustertiefe wegfallen, so daß die Plateaus (30) von den aus den sich überlagernden Vertiefungen (22) resultierenden, miteinander verbundenen Kanälen (32) umgeben sind, und daß

die Oberfläche nach dem Abschleifen hartbeschichtet wird, damit die Rolle (10) eine harte und haltbare Oberfläche erhält, und die hartbeschichtete Oberfläche (34) poliert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche mit einer Reihe von Schleifbändern mit fortschreitend abnehmender Korngröße abgeschliffen und anschließend mit einer Schleifmittellösung poliert wird, die aus Aluminiumoxid in Wasser besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche in mehreren Richtungen grob abgeschliffen wird, wobei die fortschreitend abnehmende Korngröße etwa zwischen 15 µm und 3 µm liegt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche mit Stahlschrot im wesentlichen konstanter Größe und mit einem solchen Druck abgestrahlt wird, daß ein Muster entsteht, das tiefer als 12,7 µm ist, und daß aufgrund der sich überlagernden Vertiefungen (22) mindestens 50 % der Oberfläche mit Kanälen durchzogen sind und die Plateaus (30) mindestens 20 % der Oberfläche ausmachen.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Hartbeschichten eine dünne, harte und haltbare Oberfläche (34) entsteht, indem ein Konversionsbeschichtungsverfahren angewendet wird.

6. Bahnführungsrolle (10) aus Aluminium, deren Oberfläche im allgemeinen sphärische Vertiefungen (22) aufweist, von denen viele sich überlagern und dadurch miteinander verbundene Kanäle (32) bilden, sowie eine Vielzahl von Plateaus (30) umfaßt, die glatt sind, damit ein von der Rolle (10) transportiertes Band nicht verkratzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß

die sich überlagernden Vertiefungen (22), die die miteinander verbundenen Kanäle (32) bilden, mindestens 50 % der Oberfläche der Rolle (10) ausmachen, daß die zwischen den Kanälen (32) befindlichen Plateaus (30) mindestens 20 % der Oberfläche der Rolle (10) ausmachen und die Oberflächen der Plateaus (30) und die der Vertiefungen (22) hartbeschichtet sind.

7. Bahnführungsrolle (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (22) tiefer als etwa 12,7 µm, jedoch höchstens 25,4 µm tief sind.

8. Bahnführungsrolle (10) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollenoberfläche mit einem elektrisch leitfähigen Material beschichtet ist.