EP0924337B1 - Presswalze - Google Patents

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EP0924337B1
EP0924337B1 EP98122860A EP98122860A EP0924337B1 EP 0924337 B1 EP0924337 B1 EP 0924337B1 EP 98122860 A EP98122860 A EP 98122860A EP 98122860 A EP98122860 A EP 98122860A EP 0924337 B1 EP0924337 B1 EP 0924337B1
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EP
European Patent Office
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layer
press roll
coating
outermost layer
radially outermost
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EP0924337A2 (de
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Roman Beyerknecht
Heinz Ribar
Herwig Dr. Bangert
Anton Dr. Bergauer
Christoph Dr. Eisenmenger-Sittner
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Voith Patent GmbH
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Voith Paper Patent GmbH
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21F—PAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
    • D21F3/00—Press section of machines for making continuous webs of paper
    • D21F3/02—Wet presses
    • D21F3/08—Pressure rolls

Definitions

  • the invention relates to a press roll for a paper machine according to the preamble of claim 1.
  • Such Press roll can, for example, in the press section of the respective paper machine or be provided as a glue press roller.
  • Such a press roll is known, for example, from US Pat. No. 4,767,501.
  • the wet paper web comes on in the press section of a paper machine a respective press point, in particular by pressing between two rollers or dewatered between a roller and a press shoe. there the paper web is usually guided by a felt that also Removal of the squeezed water.
  • the roller that at Pressing process comes into direct contact with the paper web, has one smooth, hard surface.
  • This roller now has several properties own to enable the production of high quality paper. Among other things, easy removal of the wet paper is guaranteed be glued to the roller surface after pressing remains.
  • the roll surface should have the lowest possible inclination for contamination with constituents of the paper stock. The Wear should be kept as low as possible, which complicates that the roller is usually against the surface by means of a pressed scraper is kept clean.
  • the roller is said to also higher temperatures and higher line loads in the press nip withstand.
  • the cover consists of a metallic base layer and an outer one Ceramic layer.
  • the one made by a plasma spraying process outer ceramic layer can be one or more layers.
  • the outer, thinner layer has a lower Porosity as the inner layer.
  • the individual layers are each uniformly trained.
  • the metallic base layer has a coefficient of expansion, which is smaller than that of the metal body. This The base layer can be sprayed like this Plasma metal spraying process can be produced.
  • Corrosion protection film made of stainless steel is provided his. This anti-corrosion film is again after one Spray processes such as the plasma metal spray process.
  • a roller known from WO 91/13204 of the aforementioned Kind is between a uniformly formed single-layer outer ceramic layer and the metal body a single or multi-layer intermediate layer from a mixture of different materials such as metal and Ceramic components provided in which the mixing ratio the components change continuously or gradually in the radial direction, that the metal content is greatest on the inside and decreases on the outside, making a corresponding adjustment of the coefficient of thermal expansion should be achieved.
  • Both the outer ceramic layer and the Intermediate layers can each be produced by a plasma spraying process his.
  • the aim of the invention is to provide the most inexpensive press roll possible to create the type mentioned above, in which the aforementioned problems are eliminated.
  • the coating is preferably at least partially applied in a spraying process.
  • the variation in chemical composition can, for example through a variation of coating materials introduced into a coating system, a variation of coating parameters and / or a variation of the coating geometry can be achieved.
  • the variation of the structure can, for example, by a variation of coating materials introduced into a coating system, a Variation of coating parameters and / or a variation of Coating geometry can be achieved.
  • the coating comprises a metallic base layer serving to protect against corrosion, which are applied directly to the cylindrical metal body and is arranged between this and the radially outermost layer.
  • the radially outermost layer of the cover consists of at least one oxide, in particular from the group Al 2 O 3 , Cr 2 O 3 , ZrO 2 , TiO 2, SiO 2 , at least one carbide, in particular from the group WC, CrC at least one nitride such as in particular TiN and / or at least one boride such as in particular TiB 2 or a mixture of two or more of these materials.
  • the radially outermost layer of the cover consists of a cermet.
  • the ceramic component of this cermet advantageously comprises at least one oxide from the group Al 2 O 3 , Cr 2 O 3 , ZrO 2 , TiO 2 , SiO 2
  • the radially outermost layer of the cover can be made of plastic such as in particular include PTFE and / or silicone.
  • metallic base layer in the radial direction over at least part of its thickness one with regard to their chemical composition and / or their Structure have a continuously changing structure.
  • Press roll has the coating in the radial direction over its entire Thick ones with regard to their chemical composition and / or their structure continuously changing structure.
  • Figure 1 shows a purely schematic representation of a press roll 10 a Paper machine, for example in a press section of the paper machine or can also be provided as a glue press roller.
  • the press roll 10 has a cylindrical metal body 12 which on its Outer circumference is provided with a coating 14 which in one Spraying process is applied.
  • Figure 2 shows a sectional view of area A of that shown in Figure 1 Press roll 10. Then the coating in the present case comprises a radially outermost layer 16 and a corrosion protection serving metallic base layer 18, which is directly on the cylindrical metal body 12 applied and between this and the radially outermost Layer 16 is arranged.
  • the coating 14 has at least one in the radial direction R.
  • the radially outermost layer 16 comprises part of its thickness d one with regard to their chemical composition and / or their structure continuously changing structure.
  • At least the radially outermost layer 16 of the coating 14 is thus constructed as a kind of gradient layer.
  • the metallic Base layer 18 such a continuously in the radial direction R. have changing structure.
  • the coating 14 has present embodiment in the radial direction R preferably over their total thickness d is different in terms of their chemical composition and / or their structure continuously changing structure, so that the coating 14 is formed overall as a gradient coating is.
  • the coating 14 including the outermost layer 16 can therefore in particular with regard to the thermal expansion coefficients, the elastic properties and / or the crystal structures a continuous transition can be ensured, whereby unwanted internal tensions are practically excluded.
  • the variation in chemical composition can be caused by a variation of coating materials introduced in a coating system, a variation of coating parameters and / or a variation the coating geometry can be achieved.
  • the variation of the structure can be achieved by a variation of in the coating system introduced coating materials, a variation of coating parameters and / or a variation of the coating geometry can be achieved.
  • the radially outermost layer 16 of the cover serving as a functional layer 14 can consist, for example, of a cermet. In particular, it can also a proportion of plastic such as in particular PTFE and / or silicone include.
  • This intermediate layer can differ in terms of its chemical Composition and / or structure in the radial direction have a continuously or gradually changing structure.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Preßwalze für eine Papiermaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Preßwalze kann beispielsweise in der Pressenpartie der jeweiligen Papiermaschine oder auch als Leimpreßwalze vorgesehen sein.
Ein derartige Preßwalze mit beispielsweise aus US-A-4 767 501 bekannt.
In der Pressenpartie einer Papiermaschine wird die nasse Papierbahn an einer jeweiligen Preßstelle insbesondere durch Pressen zwischen zwei Walzen oder zwischen einer Walze und einem Preßschuh entwässert. Dabei wird die Papierbahn in der Regel von einem Filz geführt, der auch den Abtransport des ausgepreßten Wassers vornimmt. Die Walze, die beim Preßvorgang direkt mit der Papierbahn in Berührung kommt, weist eine glatte, harte Oberfläche auf. Diese Walze muß nun mehrere Eigenschaften besitzen, um die Herstellung qualitativ hochwertigen Papiers zu ermöglichen. So soll u.a. eine leichte Ablösung des nassen Papiers gewährleistet sein, das nach dem Pressen zunächst an der Walzenoberfläche kleben bleibt. Zudem soll die Walzenoberfläche eine möglichst geringe Neigung zur Verschmutzung mit Bestandteilen des Papierstoffes aufweisen. Der Verschleiß soll möglichst gering gehalten werden, wobei erschwerend hinzukommt, daß die Walze in der Regel mittels eines gegen die Oberfläche gepreßten Schabers sauber gehalten wird. Darüber hinaus soll die Walze auch höheren Temperaturen und höheren Linienlasten im Preßspalt standhalten.
Früher wurden als Preßwalzen aus Naturgranit hergestellte Steinwalzen verwendet, die sich durch ausgezeichnete Blattabgabeeigenschaften sowie eine geringe Belegungsneigung auszeichneten. Aufgrund des Einsatzes immer größerer und schnellerer Papiermaschinen sowie infolge des verstärkten Einsatzes von Dampfblaskästen traten im Zusammenhang mit derartigen Steinwalzen jedoch Probleme auf. Zudem sind größere Walzen für moderne Papiermaschinen nur sehr schwer verfügbar. Dies ist u.a. darauf zurückzuführen, daß derzeit weltweit nur zwei Steinbrüche existieren, in denen die dafür benötigten Granitblöcke gebrochen werden. Dies bringt zwangsläufig hohe Kosten und lange Lieferzeiten mit sich. Infolge der großen Abmessungen moderner Walzen und der hohen Rotationsgeschwindigkeiten sowie infolge eines verstärkten Einsatzes von Dampfblaskästen traten verstärkt mechanische Probleme auf. Aus papiertechnologischen Gründen wird heißer Dampf auf die Walze geblasen. Bei einigen Walzen wurde die Festigkeitsgrenze des inhomogenen natürlichen Materials Granit überschritten. Es kam zu Rissen und Brüchen des Granitkörpers, wobei in einem Fall ein Arbeiter sogar tödliche Verletzungen erlitt. Infolge dieser Entwicklung mußte nach einem Ersatz für die Steinwalzen gesucht werden.
Es wurden bereits Walzen mit einem auf den zylindrischen Metallkörper aufgebrachten Kunststoffbezug wie beispielsweise einem aus Verbundmaterialien bestehenden synthetischen Bezug hergestellt. Solche Bezüge führten jedoch in einer Reihe von Fällen zu Problemen. So mußte beispielsweise die Blattabgabe durch den Zusatz von Chemikalien verbessert werden. Von Nachteil ist auch der relativ starke Verschleiß der Beschichtung. Zudem besteht eine relativ hohe Belegungsneigung aufgrund von Affinitäten zu bestimmten Bestandteilen des Papierstoffes. In jüngster Zeit wurden zudem Walzen mit auf den Metallkörper aufgebrachten thermisch gespritzten Bezügen verwendet. Diese thermisch gespritzten Bezüge weisen gute Blattabgabeeigenschaften, einen geringen Verschleiß infolge hoher Härte sowie eine geringe Belegungsneigung auf. Bei einer Reihe von thermisch gespritzten Schichten treten jedoch Probleme im Zusammenhang mit hohen inneren Spannungen auf, die zu einer Rißbildung, einer schlechten Haftung sowie einem völligen Versagen des Bezuges, d.h. insbesondere einem Ablösen der Schicht, führen können.
Bei einer aus der EP-0 207 921 bekannten Walze der eingangs genannten Art besteht der Bezug aus einer metallischen Grundschicht und einer äußeren Keramikschicht. Die nach einem Plasma-Spritzverfahren hergestellte äußere Keramikschicht kann ein- oder mehrlagig sein. Im Fall einer zweilagigen Keramikschicht besitzt die äußere, dünnere Lage eine geringere Porosität als die innere Lage. Dabei sind die einzelnen Lagen jeweils einheitlich ausgebildet. Die metallische Grundschicht besitzt einen Ausdehnungskoeffizienten, der kleiner ist als der des Metallkörpers. Diese Grundschicht kann nach einem Spritzverfahren wie beispielsweise dem Plasma-Metallspritzverfahren hergestellt sein. Zusätzlich kann ein beispielsweise aus rostfreiem Stahl bestehender Korrosionsschutzfilm vorgesehen sein. Auch dieser Korrosionsschutzfilm ist wieder nach einem Spritzverfahren wie beispielsweise dem Plasma-Metallspritzverfahren hergestellt.
Bei einer aus der WO 91/13204 bekannten Walze der eingangs genannten Art ist zwischen einer einheitlich ausgebildeten einlagigen äußeren Keramikschicht und dem Metallkörper eine ein- oder mehrlagige Zwischenschicht aus einer Mischung unterschiedlicher Materialien wie Metall- und Keramikbestandteilen vorgesehen, bei der sich das Mischungsverhältnis der Bestandteile in Radialrichtung kontinuierlich oder stufenweise so ändert, daß der Metallanteil innen am größten ist und nach außen abnimmt, wodurch eine entsprechende Anpassung des Wärmeausdehnungskoeffizienten erreicht werden soll. Sowohl die äußere Keramikschicht als auch die Zwischenschicht können jeweils nach einem Plasma-Spritzverfahren hergestellt sein.
In "Wochenblatt für Papierfabrikation 13, 1997" ist eine Walze mit einer einheitlich ausgebildeten einlagigen Oxidkeramikschicht beschrieben, die nach einem Plasmaverfahren auf den Metallwalzenkörper aufgebracht ist.
Ziel der Erfindung ist es, eine möglichst kostengünstige Preßwalze der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die zuvor genannten Probleme beseitigt sind.
Diese Aufgabe wird durch dir Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.
Dabei ist die Beschichtung vorzugsweise zumindest teilweise in einem Spritzverfahren aufgebracht.
Aufgrund dieser Ausbildung werden die inneren Spannungen der Beschichtung auf ein Minimum herabgesetzt, wodurch die Gefahr einer Rißbildung praktisch beseitigt ist. Mit dem sich kontinuierlich ändernden Aufbau lassen sich insbesondere unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten, unterschiedliche Elastizitätseigenschaften, unterschiedliche Kristallstrukturen und/oder dergleichen, die bisher für die unerwünschten inneren Spannungen verantwortlich waren, vermeiden. Erfindungsgemäß ist nun innerhalb der Beschichtung für eine kontinuierliche Anpassung oder einen kontinuierlichen Übergang gesorgt, indem zumindest die äußerste Schicht als eine Art Gradientenschicht ausgebildet ist.
Die Variation der chemischen Zusammensetzung kann beispielsweise durch eine Variation von in eine Beschichtungsanlage eingebrachten Beschichtungsmaterialien, eine Variation von Beschichtungsparametern und/oder eine Variation der Beschichtungsgeometrie erzielt werden.
Die Variation der Struktur kann beispielsweise durch eine Variation von in eine Beschichtungsanlage eingebrachten Beschichtungsmaterialien, eine Variation von Beschichtungsparametern und/oder eine Variation der Beschichtungsgeometrie erzielt werden.
Bei einer zweckmäßigen praktischen Ausführungsform umfaßt die Beschichtung eine dem Korrosionsschutz dienende metallische Grundschicht, die unmittelbar auf den zylindrischen Metallkörper aufgebracht und zwischen diesem und der radial äußersten Schicht angeordnet ist.
Bei einer in der Praxis bevorzugten Ausführungsform besteht die radial äußerste Schicht des Bezuges aus wenigstens einem Oxyd insbesondere aus der Gruppe Al2O3, Cr2O3, ZrO2, TiO2, SiO2 , wenigstens einem Carbid insbesondere aus der Gruppe WC, CrC wenigstens einem Nitrid wie insbesondere TiN und/oder wenigstens einem Borid wie insbesondere TiB2 oder einer Mischung aus zwei oder mehreren dieser Materialien.
Von besonderem Vorteil ist, wenn die radial äußerste Schicht des Bezuges aus einem Cermet besteht. Der keramische Bestandteil dieses Cermets umfaßt vorteilhafterweise wenigstens ein Oxyd aus der Gruppe Al2O3, Cr2O3, ZrO2, TiO2, SiO2
Die radial äußerste Schicht des Bezuges kann einen Anteil von Kunststoff wie insbesondere PTFE und/oder Silikon umfassen.
In dem Fall, daß die Beschichtung eine dem Korrosionsschutz dienende metallische Grundschicht umfaßt, kann vorteilhafterweise auch diese Grundschicht in Radialrichtung über wenigstens einen Teil ihrer Dicke einen sich hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung und/oder ihrer Struktur kontinuierlich ändernden Aufbau besitzen.
Bei einer bevorzugten praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Preßwalze besitzt die Beschichtung in Radialrichtung über ihre gesamte Dicke einen sich hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung und/oder ihrer Struktur kontinuierlich ändernden Aufbau.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigen:
Figur 1
eine schematische Darstellung einer beschichteten Preßwalze und
Figur 2
eine Schnittansicht des Bereichs A der in Figur 1 gezeigten Preßwalze.
Figur 1 zeigt ein rein schematischer Darstellung eine Preßwalze 10 einer Papiermaschine, die beispielsweise in einer Pressenpartie der Papiermaschine oder auch als Leimpreßwalze vorgesehen sein kann.
Die Preßwalze 10 besitzt einen zylindrischen Metallkörper 12, der an seinem Außenumfang mit einer Beschichtung 14 versehen ist, die in einem Spritzverfahren aufgebracht ist.
Figur 2 zeigt eine Schnittansicht des Bereichs A der in Figur 1 gezeigten Preßwalze 10. Danach umfaßt die Beschichtung im vorliegenden Fall eine radial äußerste Schicht 16 sowie eine dem Korrosionsschutz dienende metallische Grundschicht 18, die unmittelbar auf dem zylindrischen Metallkörper 12 aufgebracht und zwischen diesem und der radial äußersten Schicht 16 angeordnet ist.
Die Beschichtung 14 besitzt in Radialrichtung R über wenigstens einen die radial äußerste Schicht 16 umfassenden Teil ihrer Dicke d einen sich hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung und/oder ihrer Struktur kontinuierlich ändernden Aufbau. Zumindest die radial äußerste Schicht 16 der Beschichtung 14 ist somit als eine Art Gradientenschicht aufgebaut. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel kann auch die metallische Grundschicht 18 einen solchen sich in Radialrichtung R kontinuierlich ändernden Aufbau aufweisen. Demnach besitzt die Beschichtung 14 beim vorliegenden Ausführungsbeispiel in Radialrichtung R vorzugsweise über ihre gesamte Dicke d einen sich hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung und/oder ihrer Struktur kontinuierlich ändernden Aufbau, so daß die Beschichtung 14 insgesamt als Gradientenbeschichtung ausgebildet ist.
Infolge der sich über ihre Dicke d kontinuierlich ändernden chemischen und/oder strukturellen Eigenschaften der Beschichtung 14 werden die inneren Spannungen auf ein Minimum herabgesetzt, wodurch die Gefahr einer Rißbildung praktisch beseitigt und eine optimale Blattabgabe erreicht wird.
Innerhalb der Beschichtung 14 einschließlich der äußersten Schicht 16 kann somit insbesondere hinsichtlich der thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der Elastizitätseigenschaften und/oder der Kristallstrukturen durchgehend ein kontinuierlicher Übergang sichergestellt werden, wodurch unerwünschte innere Spannungen praktisch ausgeschlossen sind.
Die Variation der chemischen Zusammensetzung kann durch eine Variation von in einer Beschichtungsanlage eingebrachten Beschichtungsmaterialien, eine Variation von Beschichtungsparametern und/oder einer Variation der Beschichtungsgeometrie erzielt werden.
Die Variation der Struktur kann durch eine Variation von in die Beschichtungsanlage eingebrachten Beschichtungsmaterialien, eine Variation von Beschichtungsparametern und/oder eine Variation der Beschichtungsgeometrie erreicht werden.
Die als Funktionsschicht dienende radial äußerste Schicht 16 des Bezuges 14 kann beispielsweise aus einem Cermet bestehen. Sie kann insbesondere auch einen Anteil von Kunststoff wie insbesondere PTFE und/oder Silikon umfassen.
Grundsätzlich kann zwischen der äußersten Schicht 16 und der Grundschicht 18 wenigstens eine weitere ein- oder mehrlagige Schicht vorgesehen sein. Diese Zwischenschicht kann einen sich hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung und/oder ihrer Struktur in Radialrichtung kontinuierlich oder auch schrittweise ändernden Aufbau besitzen.
Bezugszeichenliste
10
Preßwalze
12
zylindrischer Metallkörper
14
Beschichtung
16
radial äußerste Schicht
18
metallische Grundschicht
A
Bereich
R
Radialrichtung
d
Dicke

Claims (9)

  1. Preßwalze für eine Papiermaschine mit einem zylindrischen Metallkörper (12), der an seinem Außenumfang mit einer wenigstens eine Schicht (16, 18) umfassenden Beschichtung (14) versehen ist, wobei die Beschichtung (14) in Radialrichtung ( R) über wenigstens einen die radial äußerste Schicht (16) umfassenden Teil ihrer Dicke (d) einen sich hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung und/oder ihrer Struktur kontinuierlich ändernden Aufbau besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß
    die radial äußerste Schicht (16) des Bezuges aus wenigstens einem Oxid, wenigstens einem Carbid, wenigstens einem Nitrid und/oder wenigstens einem Borid oder einer Mischung aus zwei oder mehreren dieser Materialien besteht.
  2. Preßwalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
    die Beschichtung (14) zumindest teilweise in einem Spritzverfahren aufgebracht ist.
  3. Preßwalze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
    die Beschichtung (14) eine dem Korrosionsschutz dienende metallische Grundschicht (18) umfaßt, die unmittelbar auf den zylindrischen Metallkörper (12) aufgebracht und zwischen diesem und der radial äußersten Schicht (16) angeordnet ist.
  4. Preßwalze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
    die radial äußerste Schicht (16) des Bezuges aus wenigstens einem Oxid aus der Gruppe Al2O3, Cr2O3, ZrO2, TiO2, SiO2 , wenigstens einem Carbid aus der Gruppe WC, CrC , wenigstens einem Nitrid wie TiN und/oder wenigstens einem Borid wie TiB2 oder einer Mischung aus zwei oder mehreren dieser Materialien besteht.
  5. Preßwalze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
    die radial äußerste Schicht (16) des Bezuges aus einem Cermet besteht.
  6. Preßwalze nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
    der keramische Bestandteil des Cermet wenigstens ein Oxid aus der Gruppe Al2O3, Cr2O3, ZrO2, TiO2, SiO2 umfaßt.
  7. Preßwalze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
    die radial äußerste Schicht (16) des Bezuges einen Anteil von Kunststoff wie insbesondere PTFE und/oder Silikon umfaßt.
  8. Preßwalze nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bzw. 4 bis 7, sofern vom Anspruch 3 äbhängig,
    dadurch gekennzeichnet, daß auch die Grundschicht (18) in Radialrichtung über wenigstens einen Teil ihrer Dicke einen sich hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung und/oder ihrer Struktur kontinuierlich ändernden Aufbau besitzt.
  9. Preßwalze nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (14) in Radialrichtung über ihre gesamte Dicke einen sich hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung und/oder ihrer Struktur kontinuierlich ändernden Aufbau besitzt.
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