DE69703098T2

DE69703098T2 - Roll mit verbundumhüllung und verfahren zu seiner herstellung mit ringformigen spaltschichten

Info

Publication number: DE69703098T2
Application number: DE69703098T
Authority: DE
Inventors: Jan A. Paasonen; Bertram Staudenmaier
Original assignee: SW Paper Inc
Current assignee: SW Paper Inc
Priority date: 1996-04-04
Filing date: 1997-04-03
Publication date: 2001-05-03
Anticipated expiration: 2017-04-04
Also published as: EP0892869B1; ATE196332T1; JP2001500577A; CA2250126A1; BR9709161A; JP3309358B2; AU2173797A; DE69703098D1; WO1997038162A1; US6432031B1; EP0892869A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft allgemein mit einer Deckschicht versehene Walzen für industrielle Anwendungen und spezieller Walzen mit relativ harten Deckschichten.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Mit einer Deckschicht versehene Walzen oder Rollen werden in industriellen Bedarfsumgebungen verwendet, wo sie hohen dynamischen Belastungen und Temperaturen unterworfen werden. Beispielsweise werden bei einer typischen Papierfabrik große Zahlen von Walzen nicht nur dafür verwendet, um Faserbögen, die zu Papier werden, zu transportieren, sondern werden auch dazu verwendet, um das Gewebe oder Flies selbst zum fertigen Papier zu verarbeiten. Diese Walzen sind Präzisionselemente des Systems, die präzise ausbalanciert sein sollten, mit Oberflächen, die auf spezifischen Konfigurationen gehalten werden.
Ein Typ einer Walze oder Rolle, die speziell hohen dynamischen Belastungen unterworfen wird, ist eine Kalenderwalze. Das Kalendern wird dafür verwendet, um die Weichheit, Glätte, Bedruckbarkeit und Dicke des Papiers zu verbessern. Der Kalenderabschnitt einer Papiermaschine ist ein Abschnitt, bei dem die Walzen selbst zur Herstellung oder zur Verarbeitung des Papiers beitragen, anstatt lediglich das Flies oder Faser durch die Maschine zu transportieren.
Um richtig zu funktionieren, besitzen Kalenderwalzen im Allgemeinen extrem harte Oberflächen. Beispielsweise sind typische Kalenderwalzen mit einem thermoaushärtenden Harz beschichtet mit einer Shore-D-Härte zwischen 84-95 und mit Elastizitätsmodulen zwischen 1.000-10.000 MPa. In sehr allgemeiner Weise werden Epoxyharze dazu verwendet, um Kalenderwalzen zu beschichten, da Epoxyharze extrem harte Oberflächen bilden. Epoxyharze mit Eigenschaften, die zur Herstellung der Oberflächen der Kalenderwalzen geeignet sind, werden bei relativ hohen Temperaturen (in dem Bereich von 100-150ºC) ausgehärtet.
Es ist gut bekannt, dass eine Erhöhung in der Aushärttemperatur für hitzewiderstandsfähige thermoaushärtende Harzsysteme in typischer Weise zu einem erhöhten thermischen Widerstand der resultierenden Beschichtung führt. Gegenwärtige Bedürfnisse von Papierfabriken erfordern Walzen, speziell Kalenderwalzen mit hohen thermischen Widerständen. Es ist somit wünschenswert, Beschichtungen für solche Walzen herzustellen, die bei 150-200ºC ausgehärtet werden können.
Jedoch kann das Aushärten bei solch hohen Temperaturen zu einer starken Restspannung innerhalb der Beschichtung führen, so dass sich Risse ausbilden können, welche diese nicht mehr verwendbar machen. Eine Diskussion der physikalischen Chemie von solch einer Walzenbeschichtung kann in einem Blatt mit dem Titel "The Roll of Composite Roll Covers in Soft and Super Calendering" von J. A. Passonen, dargestellt bei der 46éme Congres Annuel Atip, Grenoble Atria World Trade Center Europole, 20.-22. Oktober 1993, gefunden werden. In der Tat besteht eine wichtige Forderung bei der Herstellung von Walzenbeschichtungen darin, Walzenbeschichtungen zu entwickeln, die hohen Restspannungen widerstehen können, die während der Herstellung induziert werden. Probleme aus den Restspannungen sind sehr signifikant bei härteren Zusammensetzungen und führen häufig zu Rissbildungen, Abschälungen und Rand- oder Kantenabhebungen. Zusätzlich verursachen Restspannungen häufig einen vorzeitigen örtlichen Ausfall oder einen kürzeren Lebenszyklus als gewünschte Lebenszyklen. Dies gilt speziell für eine höhere Qualität, für harte Polymerwalzenbeschichtungen, für die die grundlegende Annäherung darin bestand, einen Produktionspegel von Restspannungen zu tolerieren, der für die Produktionsqualität noch akzeptierbar ist.
Es besteht daher ein Bedarf, Verfahren für Walzenbeschichtungskonstruktionen zu entwickeln, die Restspannungen in dem Produkt reduzieren.
Die Beachtung von Restspannungen ist speziell während der Herstellung der Walzenbeschichtung kritisch. Speziell müssen Erhitzungs- und Aushärtungsprozessen hohe Aufmerksamkeit geschenkt werden, da diese Zustände oder Bedingungen häufig die signifikantesten Faktoren bei der Entwicklung solcher Spannungen darstellen. Restspannungen entwickeln sich sehr häufig in polymergestützten Beschichtungen als ein Ergebnis der Fehlanpassung in den thermischen Schrumpfungseigenschaften zwischen und/oder unter den Beschichtungsmaterialien und den Kernmaterialien und aus der chemischen Schrumpfung. Polymere haben in typischer Weise einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der um eine Größenordnung größer ist als derjenige von Stahl, dem typischen Material des Kerns.
Ein Vorschlag zur Reduzierung der Spannungen, die durch das Verarbeiten von beschichteten Walzen verursacht werden, besteht darin, eine Beschichtung als ein Endprodukt zu erzeugen und die vollständig ausgehärtete Beschichtung oder Deckschicht an eine Kernstruktur zu binden. Dies kann dadurch erreicht werden, indem eine Beschichtung (topstock) über ein Formstück(mold) gewickelt wird, dann die Deckschicht von der Form abgenommen wird und an einer Kernkonstruktion befestigt bzw. an diese gebunden wird, und zwar bei einem niedrigeren Temperaturwert als die Aushärttemperatur der Abdeckung oder Beschichtung oder indem die Beschichtung oder Abdeckung getrennt gießtechnisch hergestellt wird und an einen Metallkern gebunden wird bei einer tieferen Temperatur als die gießtechnische Temperatur. Unter diesen Prozessen sollten die thermischen Spannungen, die zwischen der Beschichtung und dem Kern auftreten, und zwar auf Grund der Abkühlung der Beschichtung oder Abdeckung, reduziert werden.
Unglücklicherweise zeitigen, obwohl Klebemittel zum Verbinden der Beschichtung mit dem Kern verfügbar sind, einige Klebemittel schlechte Verbindungsfestigkeiten, wenn die Walze den industriellen Anwendungen unterworfen wird. Im Allgemeinen härten Klebemittel, die für eine Hochtemperaturqualität geeignet sind, ebenfalls bei hohen Temperaturen aus. Somit kann das Unterwerfen des Kernes den hohen Temperaturverbindungsbedingungen zu Spannungen führen, die durch die getrennte Herstellung der Beschichtung vermieden wurden.
Zusätzlich werden auch die Herstellungskosten erhöht, wenn die Beschichtung zuerst als eine getrennte zylinderförmige Konstruktion hergestellt wird, dann auf einen Rollenkern bei einer niedrigeren Verarbeitungstemperatur aufgepasst wird als sie für die Verarbeitung der Beschichtung erforderlich war. Diese gießtechnischen Verfahren erfordern, dass ein offener Hohlraum zwischen der Beschichtung und dem Walzenkern erzeugt wird, was vielfache Prozessschritte erforderlich macht und auch die Verwendung von inneren Dornen oder Aufweitdornen. Selbst wenn die Beschichtung getrennt über ein Zentrifugalgießverfahren hergestellt wird, sind zusätzliche Kosten und Schritte für eine äußere Gießform erforderlich.
Eine andere mögliche Lösung besteht darin, ein Beschichtungsmaterial zu entwickeln, welches eine thermische Schrumpfung besitzt, die so dicht wie möglich an dem metallenen Kern liegt. Während zusammengesetzte Konstruktionen entwickelt werden können mit Ausdehnungskoeffizienten, die so abgestimmt sind, dass sie an den Metallkern angepasst sind, sind solche Verfahren kostspielig und erzeugen auch nicht das gewünschte thermomechanische Ansprechverhalten für bestimmte industrielle Anwendungen. Es besteht somit der Bedarf dafür, Verfahren zum Reduzieren der Restspannungswerte bei momentanen Herstellungsmaterialien zu entwickeln.
Die US 3,184,828 offenbar ein Verfahren, um eine im Wesentlichen spannungsfreie Nylonbeschichtung auf eine Metallwalze aufzubringen, wonach die Walze, die zu beschichten ist, mit Laktam umhüllt wird, eine Polymerisation des Laktams bewirkt wird und eine Absorption der nach innen gerichteten radialen Spannungen bewirkt wird, die aus der Schrumpfung des polymerisierten Laktams resultieren, was mit Hilfe einer verformbaren Struktur erreicht wird, die zwischen den Körper und das Laktam zwischengefügt wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Im Hinblick auf das vorangegangen Gesagte, ist es Aufgabe der Erfindung, die Probleme zu reduzieren, die durch den chemischen und thermischen Schrumpfungsvorgang verursacht werden, der während der Herstellung einer beschichteten Walze entwickelt wird.
Es werden die Probleme, verursacht durch die chemische und thermische Schrumpfung von harten Walzenbeschichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch reduziert, indem getrennt die Beschichtung mit einem Einschluss von wenigstens einer komprimierbaren Zwischenschicht über einer verwerfbaren inneren Form (mold) gießtechnisch hergestellt wird. Die Form (mold) ist aus einem Material geformt, welches ausreichend steif ist, um die Beschichtung während der Verarbeitung abzustützen und welches in einfacher Weise entfernt und nach der Verarbeitung verworfen werden kann. Die Zwischenschicht, die über der Form aufgebracht wird, ist ausreichend komprimierbar, um die Spannungen zu deformieren und zu absorbieren, die sich entwickeln, wenn die Beschichtung während der Verarbeitung schrumpft.
Die Probleme, die durch eine chemische und thermische Schrumpfung verursacht werden, werden weiter in Einklang mit der vorliegenden Erfindung mit Hilfe eines Verfahrens reduziert, welches die Schritte umfasst gemäß Auftragen einer komprimierbaren Zwischenschicht über ein verwerfbares inneres Formstück, Auftragen eines Polymerbeschichtungsmaterials über der komprimierbaren oder zusammendrückbaren Zwischenschicht und Aushärten des Beschichtungsmaterials in eine zylinderförmige Beschichtung bei einer erhöhten Temperatur. Als Nächstes wird der Beschichtung ermöglicht, während der Aushärtung oder dem Hartwerden zu schrumpfen und es wird dann das Innere verwerfbare Formstück (mold) entfernt. Die Walze wird dadurch vervollständigt, indem die zylinderförmige Beschichtung über die Walzenkernbasis aufgebracht wird, um eine Zwischenwalze zu formen mit einer umfangsmäßigen Spaltschicht, Abdichten beider Enden der Zwischenwalze und Auffüllen der Spaltschicht mit einem Füllmaterial.
Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Metallwalzenkern mit einer darauf aufgetragenen Basisschicht anstelle des verwerfbaren Formstückes ersetzt. Eine Zwischenschicht, die ein Wachs oder ein anderes auflösbares Material aufweist, wird über die Walzenbasis aufgetragen. Die Beschichtung wird dann gegossen oder über die zusammendrückbare Zwischenschicht und die Walzenbasis gewickelt. Es wird dann die Zwischenschicht abgelöst und der resultierende Spalt wird mit einer Klebemittelschicht gefüllt.
Demzufolge schafft die vorliegende Erfindung eine beschichtete Walzenstruktur und ein Verfahren zur Herstellung einer Walzenstruktur für eine Papierherstellungsmaschine. Die beschichtete Walzenstruktur wird bei der Herstellung einer Papiermaschinenwalze verwendet, bei der die Struktur einen Kern umfasst mit einer im Wesentlichen zylinderförmigen Außenfläche. Die Hülse aus dem zusammendrückbaren oder komprimierbaren Material umschließt die Kernaußenfläche und eine Hülse aus ausgehärtetem polymerem Material umgibt die Hülse aus dem komprimierbaren Material. Das Verfahren zur Herstellung der Walzenstruktur umfasst: Auftragen des komprimierbaren Materials auf einen Kern, der eine zylinderförmige Außenfläche besitzt, um eine Hülse aus dem komprimierbaren Material auszubilden, Auftragen eines nicht ausgehärteten polymeren Materials auf die Hülse aus dem komprimierbaren Material, um eine Hülse aus einem Polymermaterial herzustellen und eine beschichtete Walzenstruktur, und Erhitzen des Polymermaterials in ausreichender Weise, um das Polymermaterial auszuhärten.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht einer herkömmlichen Walze mit einer viellagigen Beschichtung, wobei diese Ansicht die thermischen und die restlichen Spannungen innerhalb der Beschichtung zeigt, die zu dem Metallwalzenkern hin gerichtet sind.
Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht einer beschichteten Walze der vorliegenden Erfindung mit einer komprimierbaren Zwischenschicht, die über einem verwerfbaren inneren Formstück aufgetragen ist, wobei schematisch gezeigt ist, auf welche Weise die thermischen und restlichen Spannungen innerhalb der Beschichtung durch die komprimierbare Zwischenschicht absorbiert werden.
Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht einer beschichteten Walze der vorliegenden Erfindung nach dem Entfernen (Formentnahme) des verwerfbaren inneren Formstücks und wobei die resultierende zusammengesetzte Beschichtung über eine Metallwalzenkernbasis aufgepasst wird, um eine umfangsmäßig verlaufende Spalteschicht zu erzeugen.
Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht einer beschichteten Walze der vorliegenden Erfindung, bei der eine auflösbare, zusammendrückbare Zwischenschicht über eine polymere Walzenkernbasis aufgebracht ist, wobei die Darstellung schematisch zeigt, auf welche Weise thermische und restliche Spannungen innerhalb der Beschichtung durch die komprimierbare Zwischenschicht absorbiert werden.
Fig. 5 ist eine Längsschnittansicht der beschichteten Walze der vorliegenden Erfindung mit einer ersten umfangsmäßig verlaufenden Spaltschicht und einer zusammendrückbaren oder komprimierbaren Schicht, welche ein verwerfbares inneres Formstück umschließt.
Fig. 6 ist eine Querschnittsansicht von Fig. 5 entlang der Linie 6-6.
Fig. 7 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer Metallwalzenkernbasis und einer Extenderanordnung, die dazu verwendet wird, um bei der Herstellung von Walzen nach der vorliegenden Erfindung eine Unterstützung zu liefern.
Fig. 8 ist eine perspektivische Ansicht einer Extenderanordnung, wenn diese fluchtend mit der Oberfläche einer Metallwalzenkernbasis nach der vorliegenden Erfindung angepasst ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die vorliegende Erfindung wird nun spezieller im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen die vorliegenden Ausführungsformen der Erfindung gezeigt sind. Die Erfindung kann jedoch in vielen unterschiedlichen Formen ausgeführt werden und ist nicht auf die hier dargestellte Ausführungsform beschränkt; vielmehr sind diese Ausführungsformen zu dem Zweck dargestellt, dass die hier gelieferte Offenbarung vollständig den Rahmen der Erfindung, wie er beansprucht wird, für einen Fachmann wiedergibt.
Zu Beginn wird eine Walze mit einer zusammengesetzten Walzenbeschichtung und der Prozess zur Herstellung der beschichteten Walze in deren breitesten Gesamtaspekte beschrieben, wobei dann eine detailliertere Beschreibung folgt. Im Allgemeinen werden hochqualitativ beschichtete Walzen mit reduzierten Restspannungen vermittels eines Verfahrens hergestellt, bei dem eine zusammengesetzte Walzenbeschichtung gießtechnisch hergestellt oder durch Wickeln hergestellt wird, und zwar in Form eines getrennten Schrittes, um eine röhrenförmige zylindrische Struktur herzustellen.
In einer primären Verarbeitungsphase wird eine komprimierbare Zwischenschicht über einen verwerfbaren inneren Dorn oder Formstück aufgebracht. Eine äußere Form wird über die komprimierbare Zwischenschicht und die innere Formstückanordnung aufgepasst, um eine erste Umfangsspaltschicht zu erzeugen, und zwar zwischen der Zwischenschicht und der äußeren Form. Diese erste Umfangsspaltschicht wird mit einem Polymermaterial gefüllt.
Der Zweck der komprimierbaren Zwischenschicht besteht darin, thermische Spannungen und chemische Volumenänderungen zu absorbieren, die während der Verarbeitung der Spaltschicht erzeugt werden. Nach einem anfänglichen Aushärten der ersten Umfangsspaltschicht wird das innere Formstück (mold) verworfen. Durch ein Nach-Aushärten der resultierenden zylinderförmigen rohrähnlichen Struktur wird eine fertig gestellte zusammengesetzte Beschichtung gebildet.
In einer sekundären Verarbeitungsphase wird die resultierende zusammengesetzte Beschichtung umfangsmäßig auf einen vorbereiteten Metallwalzenkern aufgebracht. Dieser Schritt erzeugt eine zweite Umfangsspaltschicht, die zwischen der Abdeckung oder Beschichtung und dem Kern liegt. Bei einem letzten Verarbeitungsschritt wird die zweite Umfangsspaltschicht gefüllt, in bevorzugter Weise mit einem thermoaushärtenden Harz, welches bei einer niedrigeren Temperatur als derjenigen der Abdeckung oder Beschichtung ausgehärtet wird.
Unter Hinweis auf die Zeichnungen zeigt Fig. 1 eine beschichtete Walze 1 gemäß dem Stand der Technik. Die Pfeile, die durch den Buchstaben P in Fig. 1 identifiziert sind, zeigen an, auf welche Weise Restspannungen und thermische Schocks innerhalb der Beschichtung 2 zu der Metallwalzenkernbasis 3 hin gelenkt werden. Obwohl durch die Pfeile in Fig. 1 nicht angezeigt, treten die Restspannungen und thermisch bedingten Schrumpfvorgänge in anderen Richtungen innerhalb der Walze 1 in gleicher Weise auf, wie beispielsweise in axialer und radialer Richtung. Eventuell können diese internen Spannungen zu einer frühzeitigen Rissbildung an der Walze 1 führen.
Fig. 2 zeigt eine zusammengesetzte Walzenbeschichtung 10 mit einer Polymerabdeckschicht 12 und einer komprimierbaren Zwischenschicht 14, die ein verwerfbares inneres Formstück 16 umschließen (die äußere Form ist nicht gezeigt). Die durch den Buchstaben P in Fig. 2 gezeigten Pfeile zeigen an, auf welche Weise die komprimierbare Zwischenschicht 14 der Abdeckschicht 12 ermöglicht, in der Richtung zu schrumpfen, wie sie angezeigt ist, und zwar während der Verarbeitung dieser Schicht 12. Obwohl dies durch die Pfeile in Fig. 2 nicht angezeigt ist, erlaubt die komprimierbare Zwischenschicht 14 eine Schrumpfung und eine Schockabsorption in axialer Richtung, radialer Richtung und in anderen Richtungen innerhalb der Walze 10.
Fig. 3 zeigt, auf welche Weise bei der sekundären Verarbeitungsphase dieser Ausführungsform nach dem Verwerfen des inneren Formstücks 16 und einem Nach-Aushärten der resultierenden zusammengesetzten Beschichtung 10 die zusammengesetzte Beschichtung bzw. Abdeckung umfangsmäßig über einen vorbereiteten Metallwalzenkern 18 aufgepasst wird, mit einer aufgebrachten Basisschicht 22, so dass eine zweite Umfangsspaltschicht 20 zwischen dem Kern 18 und der Abdeckung oder Beschichtung 10 erzeugt wird. Bei den letzten Stufen dieser Herstellung wird die zweite Umfangsspaltschicht 20 gefüllt, in bevorzugter Weise mit einem ein thermoaushärtendes Harz bildenden System, welches bei einer niedrigeren Temperatur aushärtet als derjenigen der Abdeckschicht 12.
Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der das verwerfbare innere Formstück 16 nicht verwendet wird; stattdessen tritt ein Metallwalzenkern 18 mit einer darauf aufgebrachten Basisschicht 22, welcher ein inneres Formstück ersetzt ("nicht verwerfbares inneres Formstück"). Eine Zwischenschicht, die ein Wachs oder ein anderes auflösbares Material 24 umfasst, wird über diese Walzenbasis 18 aufgetragen. Die Abdeckung oder Schicht 12 wird dann entweder gießtechnisch über die komprimierbare Zwischenschicht 24, die Walzenbasis 18 und die Basisschicht 22 aufgebracht oder darauf geschoben bzw. darüber gewickelt. Nach der Absorbierung der restlichen Spannungen und nach dem Nach-Aushärten wird die Zwischenschicht 24 weg aufgelöst und es wird die Abdeckung 12 entfernt und es wird die Oberfläche der Walzenbasis 18 vorbereitet (gereinigt und mit einem Klebemittel versehen). Darauf folgt das Ersetzen der Abdeckung 12 über der Walzenbasis 18 und das Füllen der resultierenden Spaltschicht mit einer Klebemittelschicht, um eine feste Walze zu formen.
Wie für den Fachmann hervorgeht, können mehr als nur eine komprimierbare Schicht verwendet werden, wenn die Walzenkonstruktion dies erforderlich macht. Auch geht für einen Fachmann unmittelbar hervor, dass unterschiedliche Arten von komprimierbaren Materialien als eine Zwischenschicht verwendet werden können. Die komprimierbare Schicht wird in bevorzugter Weise aus einem Silikonschaumband gebildet, obwohl andere Materialien geeignet sind. Ein bevorzugtes Silikonschaumband wird unter dem Handelsnamen von SI-Schaum Vierkant vertrieben, beziehbar von BIW Isolierstoffe GmbH, Postfach 11 15, D-58240 Ennepetal, Deutschland. In typischer Weise wird dieses Material in 150 · 4 mm Streifen verkauft und besitzt eine Shore-G-Härte in dem Bereich von 8-15 (Toleranz 10%).
Wie weiter unten in Einzelheiten erläutert wird, besteht das Füllmaterial, um den Spalt zwischen der Abdeckung 12 und dem Kern 18 auszufüllen, in typischer Weise aus einem Harzsystem, ähnlich dem Harzsystem, welches zur Ausbildung der Beschichtung oder Abdeckung verwendet wird, welches jedoch bei einer niedrigeren Temperatur als die Abdeckung oder Beschichtung aushärtet.
Bei der Herstellung einer Walze gemäß der Ausführungsform nach den Fig. 2 und 3 und unter Hinreis auf die Fig. 5 und 6 ist das verwerfbare innere Formstück 16 gemäß der gewünschten Länge der Walzenbeschichtung 12 bemessen.
In bevorzugter Weise ist das verwerfbare innere Formstück 16 aus Vollpappe hergestellt, es sind jedoch auch andere geeignete verwerfbare Materialien verwendbar. Aus Holz bestehende Ringe 22a werden innerhalb der beiden Enden des inneren Formstückes 16 eingepasst ("eingekorkt"), um dadurch eine konstruktive Steifigkeit oder Festigkeit zu schaffen (lediglich der linke Holzring 22a ist in Fig. 5 gezeigt). Wie dies auf dem Gebiet bekannt ist, können andere Strukturen dazu verwendet werden, um das innere Formstück 16 abzustützen, wie beispielsweise Holzpflöcke oder auch Pflöcke, die aus einem geeigneten temperaturwiderstandsfähigen Material heraus hergestellt sind.
Eine Nut, die bei 24a mit Strichlierungslinien veranschaulicht ist, wird longitudinal entlang der Länge des Formstückes 16 eingearbeitet bis zu einem Abstand von angenähert 10 cm von jedem Ende (die Nut 24a dringt nicht durch das Formstück hindurch). Durchgangslöcher 26 werden in das Formstückinnere bei jedem Ende der Nut eingebohrt. Ein Kabel 28 wird in die Nut und durch das Innere des Formstückes 16 verlegt, um eine durchgehende Schleife zu bilden.
Das innere Formstück 16 wird mit einem komprimierbaren Material bewickelt, um die Schicht 14 zu bilden. Das Herumwickeln wird in bevorzugter Weise in zwei Durchgängen vorgenommen, um eine Überlappung zu erzeugen. Das bevorzugte Material für die zusammendrückbare Schicht besteht aus einem Silikonschaummaterial. Das Silikonschaumband wird bevorzugt, und zwar auf Grund dessen hoher Loslöseeigenschaften, da es nicht dazu neigt, an dem inneren Formstück 16 nach der Verarbeitung anzuhaften. Während der Verarbeitung wirkt das Silikonschaumband als eine komprimierbare Zwischenschicht 14 zwischen dem inneren Formstück 16 und der abdeckenden Schicht 12.
Eine äußere Metallform 30 wird über das innere Formstück 16 und die zusammendrückbare Silikonschicht 14 aufgepasst, um eine erste umfangsmäßig verlaufende Spaltschicht 20a zu bilden. Die Enden der ersten Umfangsspaltschicht 20a werden mit Enddichtungen 32 und einer Verstemmung abgedichtet. In bevorzugter Weise werden die Enddichtungen 32 aus Holz hergestellt; jedoch können irgendwelche geeigneten Abdichtmaterialien, die den Verarbeitungstemperaturen widerstehen können, verwendet werden. Die Enddichtungen 32 haben in bevorzugter Weise Ringgestalt, so dass sie, in den Raum zwischen der Zwischenschicht 14 und der Außenform 30 passen. Die Metallaußenform 30 besitzt einen dünnen ringförmigen Fortsatz an einem Ende. Der ringförmige Fortsatz besitzt Ösenhaken, die für eine vertikale Halterung der Formanordnung angebracht sind. Wie dies auf dem Gebiet bekannt ist, können Anbringungen für eine vertikale Halterung der Walze in einer vielfältigen Weise erreicht werden, wie beispielsweise das Einbohren von Löchern in Streifenfortsätzen.
Wenigstens ein Ende der Metallaußenform wird angebohrt, mit Gewinde versehen und wird mit wenigstens einer Einlassöffnung und einem Ventil (nicht gezeigt) ausgestattet. Ein geeignetes Harzmaterial wird in die erste Umfangsspaltschicht 20a durch das Ventil und die Einlassöffnung hineingepumpt.
Während der Gießtechnischen Herstellung wird die Formanordnung in einer vertikalen oder nahezu vertikalen Position gehalten, während das Harzmaterial zu Gel wird. Die Anfangstemperatur des Harzmaterials liegt in dem Bereich von 40- 45ºC. Während des Aushärtprozesses werden die Restspannungen durch die komprimierbare Schicht 14 absorbiert und es wird die Neigung der Walze, Risse zu bilden, reduziert. Dann wird die Walze von der Form befreit, was den Schritt umfasst, gemäß einem Verwerfen der inneren Form oder des inneren Formstückes, in dem das Kabel 28 gezogen wird, um das innere Formstück 16 zusammenfallen zu lassen. Die resultierende zusammengesetzte Beschichtung 10 wird in einem Ofen weiter ausgehärtet, ohne die Forderung nach irgendwelchen Abstützkonstruktionen.
Nachfolgend der Nach-Aushärtung der zusammengesetzten Abdeckung oder Beschichtung wird der innere zylinderförmige Hohlraum der zusammengesetzten Beschichtung durch ein geeignetes Blasmedium (blasting media) vorbereitet, wie beispielsweise Sandstrahlblasen. Die zusammengesetzte Abdeckung 10 besitzt nun eine rohrförmige zylindrische Struktur, die dafür bereit ist, um auf eine geeignete Walzenkernbasis aufgebracht zu werden.
Wie dies auf dem Gebiet bekannt ist, wird eine Polymer- oder eine verstärkte Polymerschicht auf einen Metallwalzenkern als eine Basisschicht aufgebracht. Die vorbereitete Walze mit der Basisschicht wird mit einem Fortsatz beim Zusammenbau ausgestattet und es werden Enddichtungen vorgesehen, um eine Anpassung an die zusammengesetzte Abdeckung zu erzielen. Um das Füllen der zweiten Umfangsspaltschicht zu vereinfachen, zeigt Fig. 7 eine Extenderkappenanordnung 20b, die auf jedes Ende der vorbereiteten Walzenkernbasis platziert ist. Die Extenderkappenanordnung umfasst eine im Wesentlichen kreisförmige Platte 21b und einen zylinderförmigen Abschnitt 22b. Die Platte 21b ist in bevorzugter Weise aus Holz hergestellt und der zylinderförmige Abschnitt ist aus dem gleichen Material wie die Walzenkernbasis 23b hergestellt. Jedoch können andere geeignete Extenderkappenanordnungen vollständig aus Holz oder anderen äquivalenten Materialien hergestellt sein und körnen andere Konfigurationen aufweisen, wie beispielsweise kreisförmige Ringe mit einem Bolzen auf der oberen Platte oder andere Kappengestalten, inklusive Schulterplatten, die einstückig mit dem Ring ausgebildet sind und Äquivalente derselben.
Fig. 8 ist eine perspektivische Darstellung in weggeschnittener Ansicht der Extenderbecheranordnung 20b in der Lage an einem Ende der Metallwalzenkernbasis 23b vor dem Aufbringen von irgendwelchen Schichten und zeigt, auf welche Weise der Außenumfang des zylinderförmigen Abschnitts 22b mit dem Umfang der Metallwalzenkernbasis 23b zusammenpasst.
Die zusammengesetzte Beschichtung oder Abdeckung wird über die Walzenkernbasis geschoben und wird mit einer Enddichtung an dem Bodenende und einem Kragen an dem Oberende positioniert. Die zusammengesetzte Walze wird dann in die vertikale Formstation platziert. Ein Achszapfenfortsatz wird dazu verwendet, um die Walze in der Station zu fixieren. Ein Füllmaterial wird dann in die zweite Umfangsspaltschicht gepumpt. Wie zuvor, wird dem Füllmaterial die Möglichkeit gegeben, bei Raumtemperatur zu einem Gel zu werden. Dann wird die gesamte Anordnung nach-ausgehärtet, und zwar in einem Ofen bei 60-80ºC. Es stellt einen wichtigen Aspekt der vorliegenden Erfindung dar, dass die zweite Umfangsspaltschicht 20 mit einem Polymer gefüllt wird, welches bei einer niedrigeren Temperatur als die Abdeckschicht 12 aushärtet, wodurch der fertig gestellten Walze eine Festigkeit verliehen wird und die Wahrscheinlichkeit, dass die Walzenbeschichtung 10 Risse bekommt, reduziert wird.
Walzen gemäß der vorliegenden Erfindung können zwei Systeme verwenden, die zu zwei unterschiedlichen Polymeren nach der Aushärtung führen. Das Polymer, welches die Abdeckung oder Beschichtung formt, besteht in bevorzugter Weise aus einem thermoaushärtenden Harz und kann aus irgendeinem Polymer bestehen, welches normalerweise auf diesem Gebiet verwendet wird. Sehr allgemein wird ein Epoxyharz für die Beschichtung verwendet, wie beispielsweise ein. Epoxyharz basierend auf einem Diglycidylether von Disphenol A, im Handel bekannt als DER 331 von Dow Chemical Co. Dieses kann in einem Temperaturbereich von 130-150ºC mit einem aromatischen Amin ausgehärtet werden, wie beispielsweise Diethylentoulendiamin (DETDA 80) von Lonza Aq., Schweiz. Alternativ kann die Abdeckung aus einem cyanatester-modifizierten Novolac- Harzsystem hergestellt werden, welches von Allied Signal Inc., U. S. A., geliefert wird.
In bevorzugter Weise wird die zweite Umfangsspaltschicht mit einem thermoaushärtenden Formungssystem gefüllt, welches bei einer niedrigeren Temperatur als das Polymersystem, welches für die Oberbeschichtung verwendet wird, aushärtet. Die zweite Umfangsspaltschicht kann mit einem Harz gefüllt werden; das Füllmaterial für die zweite Umfangsspaltschicht besteht in bevorzugter Weise aus einem thermoaushärtenden Harz. Wie bei der Abdeckung oder Beschichtung basiert das bevorzugte Epoxyharz auf einem Diglycidylether von Disphenol A, im Handel bekannt als DER 331 von Dow Chemical Co., welches jedoch in dem Temperaturbereich von 70- 90ºC mit einem geeigneten aliphatischen Amin ausgehärtet wird, wie beispielsweise Jeffamin T-403, welches durch Texaco Chemical Co., U. S. A., geliefert wird.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform wird die Umfangsspaltschicht mit einem thermoaushärtenden oder thermoplastischen Polymer unter solchen Bedingungen gefüllt, bei denen die Entwicklung von höheren als gewünschten Restspannungen in der Beschichtung oder Abdeckung und auch in der Umfangsspaltschicht selbst verhindert werden kann. Für Basissysteme, die einen hohen Temperaturwiderstand erfordern, können abgespeckte thermoaushärtende Harzsysteme in einer Weise verwendet werden, bei der die Glasübergangstemperatur in der Basis auf den erforderlichen Wert eingestellt werden kann.
Die zusammengesetzte Walzenbeschichtung und das Verfahren zur Herstellung einer beschichteten Walze unter Verwendung der Umfangsspaltschichten werden weiter anhand des folgenden spezifischen Beispiels einer gießtechnischen Duren- Herstellungsprozedur veranschaulicht.
1. Ein Pappeformstück wird als innerer Formkern oder Formstück verwendet. Dieser ist mit Holzringen ausgestattet, um eine zusätzliche Konstruktionsabstützung an jedem Ende vorzusehen. Es sind zwei Schlitze entlang der Länge des Formstücks eingearbeitet, ausgenommen etwa 10 cm an jedem Ende. Es werden Durchgangslöcher an den Enden der Schlitze gebohrt. Ein Metallkabel wird in den Schlitz verlegt und wird durch die Durchgangsbohrungen in das innere Formstück gezogen. Dieses Kabel wird dazu verwendet, um das Formstück nach dem gießtechnischen Vorgang zusammenfallen zu lassen.
2. Das vorbereitete Formstück wird mit zwei Lagen eines Silikonschaummaterials umwickelt. Dieser Schaum bildet eine zusammendrückbare Oberfläche während der gießtechnischen Herstellung und klebt nicht an die Matrix an.
3. Die Metallaußenform wird über das vorbereitete Papierformstück aufgezogen und wird gegen die vorbereiteten Enddichtungen angepasst bzw. verstemmt.
4. Die Metallform wird mit Gewindebohrung angezapft (tapped) und wird mit einer Einlassöffnung und einem Ventil ausgestattet.
5. Die Füllstoffe werden in einen Mischtrog verschoben, und zwar durch ein vibrierendes 60-Maschengitter (9,3 Öffnungen pro Quadratzentimeter), und zwar in die vorabgewogenen Harze. Das Material wird dann gemischt und erneut gesiebt. Die Vibrationsausrüstung hat, wie berichtet wurde, ausgeprägt die Siebzeit verbessert. Das Harz wurde erhitzt und entgast. Die im Voraus abgewogene Aushärtungskomponente wurde hinzugefügt und für zehn Minuten eingemischt. Das Material wurde dann unter Druck gesetzt, um die vorbereitete Form auszufüllen. In typischer Weise wurden drei Rohre mit einer Materialladung gießtechnisch hergestellt. Die Gießformanordnung wurde dann während des Gießprozesses vertikal gehalten und wurde dann mit ihrer Exotherme geliert. Die Anfangstemperatur lag bei 40-45ºC. Die Ladungsgröße betrug bis hin zu 2.000 kg.
6. Das Rohr wurde von der Form befreit und wurde dann in einem Ofen nach-ausgehärtet. Keine spezielle Abstützung wurde während des Nach-Aushärtschrittes benötigt.
7. Es wurde dann die ID des Rohres durch Sandblasen erstellt. Das Rohr wurde mit Gewindebohrung angezapft (tapped), um die Zwischenschichtfüllöffnungen zu empfangen.
8. Eine Standard-PU-Basisschicht wurde auf den Kern aufgebracht. Der Kern wurde mit Fortsatzhülsen und Enddichtungen ausgerüstet, um in Einklang mit dem Rohr gebracht zu werden.
9. Ein Fortsatzarm wurde an einem Ende des vorbereiteten Kernes befestigt. Dieser Arm wird dazu verwendet, um die Walze zu haltern, während das Rohr als Hülse aufgeschoben wird.
10. Das gießtechnisch hergestellte Rohr wurde aufgezogen und wurde mit dem Abdichtende am Bodenende und mit einem Ring am oberen Ende positioniert.
11. Die zusammengesetzte Walze wurde in die vertikale PU- Gießstation platziert. Ein Achszapfenfortsatz wurde dazu verwendet, um die Walze in der Station zu fixieren. Die Zwischenschicht wurde einfach gemischt und unter Druck gesetzt, und zwar über Leitungen, die an die zwei mit Ventil ausgestatteten Öffnungen angebracht waren. Das Material wurde bei Raumtemperatur in ein Gel übergeführt. Die gesamte Anordnung wurde bei 60-80ºC nach-ausgehärtet.

Claims

1. Beschichtete Walzenstruktur (10), die bei der Herstellung einer Papiermaschinenwalze verwendet wird, wobei die Struktur einen Kern (18) mit einer im Wesentlichen zylinderförmigen Außenfläche und einer Hülse (12) aus einem ausgehärteten Polymermaterial umfasst,

gekennzeichnet durch

eine Hülse (14, 24) aus einem zusammendrückbaren Material, welches die Außenfläche des Kernes (16, 18) umgibt,

wobei die Hülse (12) aus dem ausgehärteten Polymermaterial die Hülse (14, 24) aus dem zusammendrückbaren Material umgibt.

2. Beschichtete Walzenstruktur (10) nach Anspruch 1, bei der das zusammendrückbare Material ein anorganisches Material umfasst.

3. Beschichtete Walzenstruktur (10) nach Anspruch 1, bei der das Polymermaterial ein Epoxy ist.

4. Beschichtete Walzenstruktur (10) nach Anspruch 1, bei der das zusammendrückbare Material ein Silikonschaum ist.

5. Beschichtete Walzenstruktur (10) nach Anspruch 1, bei der der Kern (16) Pappe umfasst.

6. Verfahren zur Herstellung einer Walzenstruktur für eine Papierherstellungsmaschine, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:

Auftragen eines zusammendrückbaren Materials auf einen Kern (16, 18), der eine zylinderförmige Außenfläche besitzt, um eine Hülse (14, 24) aus einem zusammendrückbaren Material zu formen;

Auftragen eines nicht ausgehärteten Polymermaterials über der Hülse (14, 24) aus dem zusammendrückbaren Material, um eine Hülse aus Polymermaterial zu formen und um die Walzenstruktur zu bedecken oder zu beschichten; und

Erhitzen des Polymermaterials in ausreichender Weise, um das Polymermaterial auszuhärten.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der Erhitzungsschritt stattfindet, wenn die Polymerhülse (12) innerhalb einer vorbereiteten Form enthalten ist.

8. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das zusammendrückbare Material Silikonschaum ist.

9. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das Polymermaterial ein Epoxy ist.

10. Verfahren nach Anspruch 6, ferner mit dem Schritt gemäß Entfernen der Hülse (12) aus dem Polymermaterial von dem Kern (18) und der zusammendrückbaren Hülse (24).

11. Verfahren nach Anspruch 6, ferner mit dem Schritt gemäß einem Entfernen des Kernes (16) von der Struktur und Aufpassen der resultierenden Struktur über einen zweiten zylinderförmigen Kern (18).