EP1063351A2 - Elastische Walze und Verfahren zum Herstellen einer solchen - Google Patents

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EP1063351A2
EP1063351A2 EP00107312A EP00107312A EP1063351A2 EP 1063351 A2 EP1063351 A2 EP 1063351A2 EP 00107312 A EP00107312 A EP 00107312A EP 00107312 A EP00107312 A EP 00107312A EP 1063351 A2 EP1063351 A2 EP 1063351A2
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EP
European Patent Office
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elastic
core
layer
reference layer
roller
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EP00107312A
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English (en)
French (fr)
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EP1063351A3 (de
EP1063351B1 (de
Inventor
Carsten Sohl
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Voith Patent GmbH
Original Assignee
Voith Paper Patent GmbH
Voith Sulzer Papiertechnik Patent GmbH
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Publication of EP1063351A3 publication Critical patent/EP1063351A3/de
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21G—CALENDERS; ACCESSORIES FOR PAPER-MAKING MACHINES
    • D21G1/00—Calenders; Smoothing apparatus
    • D21G1/02—Rolls; Their bearings
    • D21G1/0233—Soft rolls

Definitions

  • the present invention relates to a roller, in particular for smoothing of paper webs, with a hard one consisting in particular of metal Roll core with an elastic matrix material on the outside comprehensive elastic reference layer is provided.
  • the invention relates to a method for producing such a roller directed.
  • Elastic rolls of this type are used, for example, when satinizing paper webs.
  • An elastic roller forms a press nip together with a hard roller through which the paper web to be processed is passed. While the hard roller has a very smooth surface, for example made of steel or cast iron, and is responsible for smoothing the side of the paper web facing it, the elastic roller acting on the opposite side of the paper web causes the paper web to be evened out and compressed in the press nip.
  • the size of the rollers is 3 to 12 m in length and 450 to 1500 mm in diameter. They withstand line forces up to 600 N / mm and compressive stresses up to 130 N / mm 2 .
  • Plastic coverings maximum temperature differences of about 20 ° C over the The width of the roller is permissible and on the other hand they are for the coating
  • plastics used are much higher Thermal expansion coefficients than those commonly used Steel rollers or chill cast rollers, so that by increasing the temperature high axial tensions between the steel roller or chilled iron roller and the associated plastic coating occur.
  • the part of the task relating to the roller is based on the invention solved by a roller of the type mentioned in that the elastic cover layer rotatable but longitudinally displaceable on the roller core is arranged.
  • a corresponding method according to the invention is characterized in that the elastic reference layer is longitudinally displaceable but is rotatably applied to the roll core.
  • the elastic reference layer according to the invention is longitudinally displaceable is arranged on the roll core, it is achieved that also at heating of the elastic roller, for example in operation, none Longitudinal stresses between the roll core and the elastic reference layer occur.
  • the elastic stretches Reference layer in the longitudinal direction due to the higher coefficient of thermal expansion more out than the roll core, what due the longitudinal displaceability of the reference layer only leads to the fact that a relative movement between the elastic reference layer and the Roll core takes place in the axial direction.
  • Either the both ends of the elastic reference layer in opposite directions move axially relative to the roll core or there may be a asymmetrical longitudinal displacement of the elastic reference layer the roller core.
  • the relative shift between the reference layer and the roll core for example about 5 to 50 mm, usually 10 to 20 mm.
  • a roller designed according to the invention is thus between the elastic reference layer and the roller core a tension-free connection before, which leads to a reduction of hot spots and at the one In principle, the reference layer is not detached from the roller core is possible.
  • the elastic Reference layer free of play, especially arranged in a press fit on the roll core. It is preferred between the elastic reference layer and a separation layer for the roller core in particular to reduce friction provided between the elastic reference layer and the roll core.
  • This separating layer can advantageously consist of silicone and / or from an essentially monomolecular layer and / or consist of a corrosion-inhibiting or -preventing material.
  • the elastic reference layer which is arranged without play, in particular in a press fit it is guaranteed that in smoothing mode even with a relative high mechanical stress on the reference layer over its entire Extends form-fittingly on the surface of the roller core. A compression or, for example, wrinkling in the reference layer, which lead to a reduction in the quality of the material web being treated would be prevented.
  • Through the separation layer becomes one the friction between the elastic reference layer and the roll core reduced so that when the roller is heated the desired Longitudinal displacement between the reference layer and the roll core take place can. The thinner the separating layer, the firmer is the seat of the reference layer on the roll core.
  • the separation layer is advantageously made of a corrosion-inhibiting or contraceptive material.
  • the anti-rotation and simultaneous displaceability of the elastic cover layer on the roll core is advantageous by on the surface of the roll core provided anti-rotation and guide elements and by interacting with them on the elastic reference layer provided counter elements reached.
  • Longitudinal guides can be provided in the surface of the roll core engage provided, in particular bolt-shaped engagement elements.
  • the longitudinal guides on the roller core and the engaging elements are provided on the elastic reference layer his.
  • the matrix material of the elastic reference layer one or more fiber layers embedded.
  • the physical properties of the elastic Reference layer can be specified. For example, by embedding of fibers with a stiffness that is higher than the stiffness of the Matrix material, the overall stiffness of the elastic reference layer increases become. Furthermore, the thermal conductivity of the elastic reference layer when choosing fibers with a high thermal conductivity a reference layer made of pure matrix material significantly improved become. This is particularly true with regard to the removal of excess Heat beneficial.
  • the fiber layers are preferably at least partially inclined to Surface of the roll core extending fiber bundle formed, being in particular include crossing fiber bundles. By crossing each other A bundle of fibers is created through which one Torsion of the elastic reference layer is largely avoided. Since the elastic reference layer in a roller designed according to the invention is not firmly attached to the surface of the roll core, is fundamental a torsion of the freely displaceable reference layer is conceivable. Therefore the elastic reference layer is constructed according to the invention so that counteracting torsion of the reference layer.
  • the elastic reference layer can be a radially outer functional layer and a radially inner connection layer for connection include the functional layer with the roll core. By dividing up in two sub-layers, these can each optimally match their respective Tasks to be adjusted.
  • the radially outer one Functional layer have a higher elasticity than the radially inner layer Link layer, while this in turn, for example has a higher rigidity to the rotation lock with the roller core to be able to reliably meet.
  • the fiber content of the reference layer can advantageously be radially from the inside out vary outside, in particular decrease, preferably in the radially outer Area of the reference layer of fiber content essentially is zero.
  • the reference layer has a coefficient of thermal expansion has, which also in accordance with the fiber content radial direction is different from the inside to the outside. Because usually the matrix material has a significantly higher coefficient of thermal expansion has as the fiber material used, is therefore the respective resulting coefficient of thermal expansion of the interspersed with fibers Matrix material both from the coefficient of thermal expansion of the Matrix material as well as that of the fibers. The more fibers in embedded in the matrix material, the more the resulting one looks the same Coefficient of thermal expansion is the coefficient of thermal expansion of the fibers used.
  • the fiber content is high, the stiffness of the cover layer is also clear increased, must in the radially outer areas of the reference layer the fiber content should be chosen lower, otherwise the surface the roller is too hard and would not be suitable for calendering.
  • a especially essentially continuously decreasing radially outward Fiber content within the reference layer is achieved in that when the roller is heated, those occurring within the reference layer Longitudinal stresses due to the different thermal expansions of the different areas of the reference layer never become so large that a detachment or destruction of the reference layer arises.
  • the elastic roller is used to produce an elastic roller Cover layer is longitudinally displaceable but non-rotatable on the roller core upset.
  • the elastic reference layer on the Roll core are shrunk so that a shrink fit of the elastic reference layer on the roller core is reached.
  • any method is possible with which the elastic Reference layer rotatably but longitudinally displaceable, in particular free of play can be applied to the roll core.
  • the separating layer is designed, for example, so that it forms a firm connection, for example an adhesive bond between the matrix material and prevents the roll core
  • the reference layer has a large number of fibers, in particular in several fiber layers one above the other, can be wound up on the roller core. More like that It is possible to fashion the fibers in a particularly cylindrical manner Winding the winding body out after the end of the winding process the wound reference layer is pulled out.
  • the fibers can each be in the form of one or more fiber bundles and / or fiber rovings and / or nonwoven fabrics are wound. It is it is advantageous for the fibers to be wound up with the matrix material be surrounded, especially by a matrix bath. In principle, however, it is also possible that the fibers essentially be wound up dry and during or after winding up with applied to the matrix material, in particular completely into the matrix material be embedded.
  • the roller according to the invention shown in Fig. 1 comprises a roller core 1, on the outside of which an elastic reference layer 2 is provided is.
  • the reference layer 2 As in the middle, partially torn area of the reference layer 2 can be seen, this consists of a variety of, for example fiber bundles consisting of carbon, glass or aramid fibers 3, which are essentially parallel in one layer and in one next layer are wound obliquely on the roll core 1.
  • the Reference layer 2 can be a large number of such through the fiber bundle 3 formed fiber layers 4 (Fig. 2), for example between 10 and 50 fiber layers 4, be formed.
  • the fiber layers 4 are embedded in an elastic matrix material 5 (FIG. 2) and together with this form the elastic reference layer 2. Due to the elastic matrix material 5, the reference layer 2 receives its required Elasticity, the fiber bundle 3 has the required rigidity generate the reference layer 2.
  • the longitudinal recesses 8, 9 are slot-shaped longitudinal recesses 8, 9 formed, the longitudinal recesses 8, as indicated by the torn illustration, not through the entire thickness of the elastic reference layer 2 extend, but, as can be seen from Fig. 2, only as Depressions formed on the inside of the elastic reference layer 2 are.
  • the longitudinal recesses 8, 9 can also extend the entire thickness of the elastic reference layer 2, as exemplified by the longitudinal recesses 9 in FIG. 1 is.
  • Bolt-shaped engagement elements engage in the longitudinal recesses 8, 9 10 a, which are formed on the surface of the roll core 1.
  • the bolt-shaped Engagement elements 10 have a diameter that essentially that existing in the circumferential direction of the reference layer 2 clear width of the longitudinal recesses 8, 9 corresponds. Thus at in the longitudinal recesses 8, 9 arranged bolt-shaped engagement elements 10 a twisting of the elastic reference layer 2 on the Roll core 1 prevented.
  • the longitudinal recesses 8, 9 Due to the elongated, axially aligned design the longitudinal recesses 8, 9, however, is a longitudinal displacement of the elastic reference layer 2 on the roller core 1 in the direction of arrows 11, 12 possible, since in principle the elastic reference layer 2 is not for example glued, but freely movable on the roll core 1 is.
  • the roller When the roller heats up, for example during operation, it expands elastic reference layer 2 due to its relative to the roll core 1 larger coefficients of thermal expansion in the axial direction more from as the roll core 1, so that the ends 6, 7 of the elastic reference layer 2 move in the direction of arrows 11, 12. A tension load between the roll core 1 and the elastic reference layer 2 therefore does not occur due to the different dimensions.
  • a thin separating layer 13 may be arranged can, which consists for example of silicone.
  • the interface can one have the function of a lubricant, so that the elastic reference layer 2 despite their press fit on the roll core 1 in axial Direction is slidable.
  • the separating layer 13 can be made of corrosion-inhibiting or -preventive material, so that the Surface of the roll core 1 is protected against corrosion.

Landscapes

  • Rolls And Other Rotary Bodies (AREA)
  • Paper (AREA)

Abstract

Es wird eine Walze, insbesondere zum Glätten von Papierbahnen, mit einem insbesondere aus Metall bestehenden harten Walzenkern (1) beschrieben. Der Walzenkern (1) ist an seiner Außenseite mit einer ein elastisches Matrixmaterial (5) umfassenden elastischen Bezugsschicht (2) versehen. Die elastische Bezugsschicht (2) ist drehfest aber längsverschiebbar auf dem Walzenkern (1) angeordnet. Weiterhin wird ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Walze beschrieben. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Walze, insbesondere zum Glätten von Papierbahnen, mit einem insbesondere aus Metall bestehenden harten Walzenkern, der an seiner Außenseite mit einer ein elastisches Matrixmaterial umfassenden elastischen Bezugsschicht versehen ist. Weiterhin ist die Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Walze gerichtet.
Elastische Walzen dieser Art werden beispielsweise bei der Satinage von Papierbahnen verwendet. Dabei bildet jeweils eine elastische Walze zusammen mit einer harten Walze einen Preßspalt, durch den die zu bearbeitende Papierbahn hindurchgeführt wird. Während die harte Walze eine beispielsweise aus Stahl oder Hartguß bestehende sehr glatte Oberfläche besitzt und für die Glättung der ihr zugewandten Seite der Papierbahn zuständig ist, bewirkt die auf die gegenüberliegende Seite der Papierbahn einwirkende elastische Walze eine Vergleichmäßigung und Verdichtung der Papierbahn im Preßnip. Die Größenordnung der Walzen liegt bei Längen von 3 bis 12 m bzw. Durchmessern von 450 bis 1500 mm. Sie halten Linienkräften bis zu 600 N/mm und Druckspannungen bis 130 N/mm2 stand.
Da die Tendenz bei der Papierherstellung dahin geht, daß die Satinage im Online-Betrieb erfolgt, d.h. daß die die Papiermaschine oder Streichmaschine verlassende Papierbahn unmittelbar durch die Papierglättvorrichtung (Kalander) geführt wird, werden an die Walzen der Glättvorrichtung insbesondere bezüglich der Temperaturbeständigkeit höhere Anforderungen als bisher gestellt. Durch die im Online-Betrieb erforderlichen hohen Transportgeschwindigkeiten der Papierbahn und die damit verbundenen hohen Rotationsgeschwindigkeiten der Kalanderwalzen wird deren Nipfrequenz, das ist die Frequenz, mit der der Bezug komprimiert und wieder entlastet wird, erhöht, was wiederum zu erhöhten Walzentemperaturen führt. Diese im Online-Betrieb entstehenden hohen Temperaturen führen zu Problemen, die bei bekannten elastischen Walzen bis zur Zerstörung des Kunststoffbelages führen können. Zum einen sind bei bekannten Kunststoffbelägen maximale Temperaturdifferenzen von ca. 20°C über die Breite der Walze zulässig und zum anderen besitzen die für die Beschichtung üblicherweise verwendeten Kunststoffe einen wesentlich höheren Temperaturausdehnungskoeffizienten als die üblicherweise verwendeten Stahlwalzen bzw. Hartgußwalzen, so daß, durch eine Temperaturerhöhung hohe axiale Spannungen zwischen der Stahlwalze bzw. Hartgußwalze und der mit ihr verbundenen Kunststoffbeschichtung auftreten.
Durch diese hohen Spannungen verbunden mit insbesondere punktuell auftretenden Erhitzungsstellen innerhalb der Kunststoffbeschichtung können sogenannte Hot-Spots auftreten, an denen ein Ablösen oder sogar ein Aufplatzen der Kunststoffschicht erfolgt.
Diese Hot-Spots treten insbesondere dann auf, wenn zusätzlich zu den mechanischen Spannungen und der relativ hohen Temperatur Kristallisierungspunkte in Form von beispielsweise fehlerhaften Klebungen, Ablagerungen oder überdurchschnittlichen Einbuchtungen des elastischen Belages, beispielsweise durch Falten oder Fremdkörper an der Papierbahn, vorhanden sind. In diesen Fällen kann die Temperatur an diesen Kristallisierungspunkten von üblichen 80°C bis 90°C bis auf über 150°C steigen, wodurch die erwähnte Zerstörung der Kunststoffschicht erfolgt.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Walze der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Gefahr des Auftretens von Hot-Spots verringert wird. Weiterhin soll ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Walze angegeben werden.
Der die Walze betreffende Teil der Aufgabe wird erfindungsgemäß ausgehend von einer Walze der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die elastische Bezugsschicht drehfest aber längsverschiebbar auf dem Walzenkern angeordnet ist. Ein entsprechendes erfindungsgemäßes Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Bezugsschicht längsverschiebbar aber drehfest auf den Walzenkern aufgebracht wird.
Dadurch, daß erfindungsgemäß die elastische Bezugsschicht längsverschiebbar auf dem Walzenkern angeordnet ist, wird erreicht, daß auch bei einer Erhitzung der elastischen Walze, beispielsweise im Betrieb, keine Längsspannungen zwischen dem Walzenkern und der elastischen Bezugsschicht auftreten. Bei einer entsprechenden Erhitzung dehnt sich die elastische Bezugsschicht in Längsrichtung aufgrund des höheren Temperaturausdehnungskoeffizienten mehr aus als der Walzenkern, was aufgrund der Längsverschiebbarkeit der Bezugsschicht jedoch nur dazu führt, daß eine Relativbewegung zwischen der elastischen Bezugsschicht und dem Walzenkern in axialer Richtung erfolgt. Dabei können sich entweder die beiden Enden der elastischen Bezugsschicht in entgegengesetzten Richtungen relativ zu dem Walzenkern axial verschieben oder es kann eine unsymmetrische Längsverschiebung der elastischen Bezugsschicht auf dem Walzenkern erfolgen. Abhängig von den unterschiedlichen Temperaturausdehnungskoeffizienten und den auftretenden Temperaturen kann dabei die Relativerschiebung zwischen Bezugsschicht und Walzenkern beispielsweise ca. 5 bis 50 mm, üblicherweise 10 bis 20 mm betragen.
Bei einer erfindungsgemäß ausgebildeten Walze liegt somit zwischen der elastischen Bezugsschicht und dem Walzenkern eine spannungsfreie Verbindung vor, die zu einer Reduzierung von Hot-Spots führt und bei der ein Ablösen der Bezugsschicht von dem Walzenkern prinzipbedingt nicht möglich ist.
Durch die drehfeste Anordnung der elastischen Bezugsschicht auf dem Walzenkern ist gewährleistet, daß im Betrieb die Bezugsschicht sicher zusammen mit dem Walzenkern als eine Einheit gedreht wird, so daß eine gleichmäßige Qualität der zu glättenden Warenbahn gewährleistet ist.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die elastische Bezugsschicht spielfrei, insbesondere im Preßsitz auf dem Walzenkern angeordnet. Bevorzugt ist dabei zwischen der elastischen Bezugsschicht und dem Walzenkern eine Trennschicht insbesondere zur Reibungsverminderung zwischen der elastischen Bezugsschicht und dem Walzenkern vorgesehen. Diese Trennschicht kann vorteilhaft aus Silikon bestehen und/oder aus einer im wesentlichen monomolekularen Schicht und/oder aus einem korrosionshemmenden oder -verhütenden Material bestehen.
Durch die spielfrei, insbesondere im Preßsitz angeordnete elastische Bezugsschicht ist gewährleistet, daß im Glättbetrieb auch bei einer relativ hohen mechanischen Belastung der Bezugsschicht diese über ihren gesamten Umfang formschlüssig an der Oberfläche des Walzenkerns anliegt. Eine Stauchung oder beispielsweise Faltenbildung in der Bezugsschicht, die zu einer Verringerung der Qualität der behandelten Materialbahn führen würde, wird dadurch verhindert. Durch die Trennschicht wird zum einen die Reibung zwischen der elastischen Bezugsschicht und dem Walzenkern verringert, so daß bei einer Erwärmung der Walze die gewünschte Längsverschiebung zwischen der Bezugsschicht und dem Walzenkern erfolgen kann. Je dünner die Trennschicht dabei ausgebildet ist, um so fester ist der Sitz der Bezugsschicht auf dem Walzenkern.
Da aufgrund der längsverschiebbaren Lagerung der elastischen Bezugsschicht auf dem Walzenkern es grundsätzlich möglich ist, daß Feuchtigkeit zwischen die elastische Bezugsschicht und den Walzenkern eindringen und dadurch Korrosion an dem metallischen Walzenkern entstehen kann, ist die Trennschicht vorteilhaft aus einem korrosionshemmenden oder -verhütenden Material gebildet.
Die Drehsicherung und gleichzeitige Verschiebbarkeit der elastischen Bezugsschicht auf dem Walzenkern wird vorteilhaft durch an der Oberfläche des Walzenkerns vorgesehene Drehsicherungs- und Führungselemente sowie durch mit diesen zusammenwirkende, an der elastischen Bezugsschicht vorgesehene Gegenelemente erreicht. Beispielsweise können in und/oder an der elastischen Bezugsschicht, insbesondere in und/oder an der radial innengelegenen Oberfläche der elastischen Bezugsschicht eine oder mehrere sich im wesentlichen in axialer Richtung erstreckende Längsführungen vorgesehen sein, in die an der Oberfläche des Walzenkerns vorgesehene, insbesondere bolzenförmige Eingriffselemente eingreifen. In gleicher Weise können die Längsführungen an dem Walzenkern und die Eingriffselemente an der elastischen Bezugsschicht vorgesehen sein.
Durch die insbesondere schlitzförmigen Längsführungen und die in diese eingreifenden bolzenförmigen Eingriffselemente ist eine einfache Drehsicherung bei gleichzeitiger Längsverschiebbarkeit der elastischen Bezugsschicht auf dem Walzenkern möglich. Grundsätzlich sind jedoch auch sonstige Ausgestaltungen, mit denen eine Drehsicherung bei gleichzeitiger Längsverschiebbarkeit erreicht wird, möglich.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind in dem Matrixmaterial der elastischen Bezugsschicht eine oder mehrere Faserlagen eingebettet. Abhängig von dem Fasermaterial können durch die Einbettung der Faserlagen die physikalischen Eigenschaften der elastischen Bezugsschicht vorgegeben werden. Beispielsweise kann durch Einbetten von Fasern mit einer Steifigkeit, die höher ist als die Steifigkeit des Matrixmaterials, die Gesamtsteifigkeit der elastischen Bezugsschicht erhöht werden. Weiterhin kann die Wärmeleitfähigkeit der elastischen Bezugsschicht bei Wahl von Fasern mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit gegenüber einer Bezugsschicht aus reinem Matrixmaterial deutlich verbessert werden. Dies ist insbesondere hinsichtlich der Abführung von überschüssiger Wärme vorteilhaft.
Bevorzugt werden die Faserlagen zumindest teilweise durch schräg zur Oberfläche des Walzenkerns verlaufende Faserbündel gebildet, wobei sie insbesondere sich kreuzende Faserbündel umfassen. Durch die sich kreuzenden Faserbündel wird ein Kreuzverbund geschaffen, durch den eine Torsion der elastischen Bezugsschicht weitgehend vermieden wird. Da die elastische Bezugsschicht bei einer erfindungsgemäß ausgebildeten Walze nicht fest mit der Oberfläche des Walzenkerns verbunden ist, ist grundsätzlich eine Torsion der freiverschiebbaren Bezugsschicht denkbar. Daher wird die elastische Bezugsschicht erfindungsgemäß so aufgebaut, daß einer Torsion der Bezugsschicht entgegengewirkt wird.
Die elastische Bezugsschicht kann eine radial außenliegende Funktionsschicht und eine radial innenliegende Verbindungsschicht zum Verbinden der Funktionsschicht mit dem Walzenkern umfassen. Durch die Aufteilung in zwei Teilschichten können diese jeweils optimal an ihre jeweiligen Aufgaben angepaßt werden. So kann beispielsweise die radial außenliegende Funktionsschicht eine höhere Elastizität besitzen als die radial innenliegende Verbindungsschicht, während diese wiederum beispielsweise eine höhere Steifigkeit besitzt, um die Drehsicherung mit dem Walzenkern zuverlässig erfüllen zu können.
Vorteilhaft kann der Fasergehalt der Bezugsschicht radial von innen nach außen variieren, insbesondere abnehmen, wobei bevorzugt im radial außengelegenden Bereich der Bezugsschicht der Fasergehalt im wesentlichen gleich Null ist.
Durch die Variierung des Fasergehalts der Bezugsschicht radial von innen nach außen wird erreicht, daß die Bezugsschicht einen Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt, der entsprechend dem Fasergehalt ebenfalls in radialer Richtung von innen nach außen unterschiedlich ist. Da üblicherweise das Matrixmaterial einen deutlich höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten hat als das verwendete Fasermaterial, ist somit der jeweils resultierende Wärmeausdehnungskoeffizient des mit Fasern durchsetzten Matrixmaterials sowohl von dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Matrixmaterials als auch dem der Fasern abhängig. Je mehr Fasern in dem Matrixmaterial eingebettet sind, desto mehr gleicht sich der resultierende Wärmeausdehnungskoeffizient dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der verwendeten Fasern an. Auf diese Weise ist es möglich, den Wärmeausdehnungskoeffizienten des radial innenliegenden Bereichs der Bezugsschicht durch einen relativ hohen Fasergehalt so einzustellen, daß er in der gleichen Größenordnung liegt wie der Wärmeausdehnungskoeffizient des Walzenkerns. Bei einer Erwärmung der Walze im Betrieb dehnt sich somit der radial innengelegene Bereich der Bezugsschicht nur geringfügig mehr aus als der Walzenkern, so daß eine relativ geringe Relativverschiebung zwischen der elastischen Bezugsschicht und dem Walzenkern entsteht.
Da ein hoher Fasergehalt auch die Steifigkeit der Bezugsschicht deutlich erhöht, muß in den radial außengelegenen Bereichen der Bezugsschicht der Fasergehalt niedriger gewählt werden, da andernfalls die Oberfläche der Walze zu hart ist und für die Satinage nicht geeignet wäre. Durch einen insbesondere im wesentlichen kontinuierlich radial nach außen abnehmenden Fasergehalt innerhalb der Bezugsschicht wird erreicht, daß bei einer Erhitzung der Walze die innerhalb der Bezugsschicht auftretenden Längsspannungen, die aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungen der verschiedenen Bereiche der Bezugsschicht entstehen, an keiner Stelle so groß werden, daß eine Ablösung oder Zerstörung der Bezugsschicht entsteht.
Zur Erzeugung einer elastischen Walze wird erfindungsgemäß die elastische Bezugsschicht längsverschiebbar aber drehfest auf den Walzenkern aufgebracht. Beispielsweise kann die elastische Bezugsschicht auf den Walzenkern aufgeschrumpft werden, so daß eine Schrumpfpassung der elastischen Bezugsschicht auf dem Walzenkern erreicht wird.
Dabei kann vor Aufbringen der elastischen Bezugsschicht auf den Walzenkern eine Trennschicht, insbesondere zur Reibungsverminderung zwischen der Bezugsschicht und dem Walzenkern, aufgebracht werden.
Es ist jedoch grundsätzlich jedes Verfahren möglich, mit der die elastische Bezugsschicht drehfest aber längsverschiebbar, insbesondere spielfrei, auf den Walzenkern aufgebracht werden kann. Beispielsweise ist es grundsätzlich auch möglich, eine vorgefertigte, röhrenförmige Bezugsschicht auf den Walzenkern aufzuschieben.
Ist die Trennschicht beispielsweise so ausgebildet, daß sie eine feste Verbindung, beispielsweise eine Verklebung, zwischen dem Matrixmaterial und dem Walzenkern verhindert, so kann beispielsweise zur Erzeugung der Bezugsschicht eine Vielzahl von Fasern, insbesondere in mehreren Faserlagen übereinander, auf den Walzenkern aufgewickelt werden. In ähnlicher Weise ist es möglich, die Fasern auf einen insbesondere zylindrischen Wickelkörper aufzuwickeln, der nach dem Ende des Wickelvorgangs aus der gewickelten Bezugsschicht herausgezogen wird.
Die Fasern können jeweils in Form eines oder mehrerer Faserbündel und/oder Faserrovings und/oder Faservliese gewickelt werden. Dabei ist es vorteilhaft, daß die Fasern vor dem Aufwickeln mit dem Matrixmaterial umgeben werden, insbesondere durch ein Matrixbad gezogen werden. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, daß die Fasern im wesentlichen trocken aufgewickelt werden und während oder nach dem Aufwickeln mit dem Matrixmaterial beaufschlagt, insbesondere vollständig in das Matrixmaterial eingebettet werden.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben; in dieser zeigen:
Fig. 1
eine teilweise aufgebrochen dargestellte Seitenansicht einer erfindungsgemäßen ausgebildeten Walze und
Fig. 2
einen Teilquerschnitt durch die erfindungsgemäß ausgebildete Walze gemäß Fig. 1.
Die in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Walze umfaßt einen Walzenkern 1, an dessen Außenseite eine elastische Bezugsschicht 2 vorgesehen ist.
Wie in dem mittleren, teilweise aufgerissen dargestellten Bereich der Bezugsschicht 2 zu erkennen ist, besteht diese aus eine Vielzahl von beispielsweise aus Kohlenstoff-, Glas- oder Aramidfasern bestehenden Faserbündeln 3, die in einer Schicht im wesentlichen parallel und in einer nächsten Schicht schräg dazu auf den Walzenkern 1 gewickelt sind. Die Bezugsschicht 2 kann dabei aus einer Vielzahl solcher durch die Faserbündel 3 gebildeten Faserlagen 4 (Fig. 2), beispielsweise zwischen 10 und 50 Faserlagen 4, gebildet sein.
Die Faserlagen 4 sind in einem elastischen Matrixmaterial 5 (Fig. 2) eingebettet und bilden zusammen mit diesem die elastische Bezugsschicht 2. Durch das elastische Matrixmaterial 5 erhält die Bezugsschicht 2 ihre erforderliche Elastizität, wobei die Faserbündel 3 die erforderliche Steifigkeit der Bezugsschicht 2 erzeugen.
An den stirnseitigen Enden 6, 7 der elastischen Bezugsschicht 2 sind schlitzförmige Längsausnehmungen 8, 9 ausgebildet, wobei die Längsausnehmungen 8, wie es durch die aufgerissene Darstellung angedeutet ist, sich nicht durch die gesamte Dicke der elastischen Bezugsschicht 2 hindurch erstrecken, sondern, wie es aus Fig. 2 ersichtlich ist, lediglich als Vertiefungen an der Innenseite der elastischen Bezugsschicht 2 ausgebildet sind. Die Längsausnehmungen 8, 9 können sich jedoch auch durch die gesamte Dicke der elastischen Bezugsschicht 2 hindurcherstrecken, wie es beispielhaft anhand der Längsausnehmungen 9 in Fig. 1 dargestellt ist.
Weiterhin ist sowohl eine seitlich offene Ausbildung der Längsausnehmungen 8 wie auch eine seitlich geschlossene Ausbildung der Längsausnehmungen 9 möglich.
In die Längsausnehmungen 8, 9 greifen bolzenförmige Eingriffselemente 10 ein, die an der Oberfläche des Walzenkerns 1 ausgebildet sind. Die bolzenförmigen Eingriffselemente 10 besitzen dabei einen Durchmesser, der im wesentlichen der in Umfangsrichtung der Bezugsschicht 2 vorhandenen lichten Weite der Längsausnehmungen 8, 9 entspricht. Somit wird bei in den Längsausnehmungen 8, 9 angeordneten bolzenförmigen Eingriffselementen 10 eine Verdrehen der elastischen Bezugsschicht 2 auf dem Walzenkern 1 verhindert.
Aufgrund der langgestreckten, in axialer Richtung ausgerichteten Ausbildung der Längsausnehmungen 8, 9 ist jedoch eine Längsverschiebung der elastischen Bezugsschicht 2 auf dem Walzenkern 1 in Richtung von Pfeilen 11, 12 möglich, da grundsätzlich die elastische Bezugsschicht 2 nicht beispielsweise verklebt, sondern frei bewegbar auf dem Walzenkern 1 angeordnet ist.
Bei einer Erhitzung der Walze, beispielsweise im Betrieb, dehnt sich die elastischen Bezugsschicht 2 aufgrund ihres gegenüber dem Walzenkern 1 größeren Temperaturausdehungskoeffizienten in axialer Richtung mehr aus als der Walzenkern 1, so daß sich die Enden 6, 7 der elastischen Bezugsschicht 2 in Richtung der Pfeile 11, 12 verschieben. Eine Spannungsbelastung zwischen dem Walzenkern 1 und der elastischen Bezugsschicht 2 aufgrund der unterschiedlichen Ausdehnungen tritt somit nicht auf.
Durch die im Kreuzverbund angeordneten Faserbündel 3 wird trotz der freien Lagerung der elastischen Bezugsschicht 2 auf dem Walzenkern 1 eine Torsion der Bezugsschicht 2 zuverlässig verhindert.
Aus Fig. 2 ist zu erkennen, daß zwischen dem Walzenkern 1 und der elastischen Bezugsschicht 2 eine dünne Trennschicht 13 angeordnet sein kann, die beispielsweise aus Silikon besteht. Die Trennschicht kann zum einen die Funktion eines Gleitmittels besitzen, so daß die elastischen Bezugsschicht 2 trotz ihres Preßsitzes auf dem Walzenkern 1 in axialer Richtung längsschiebbar ist. Weiterhin kann die Trennschicht 13 aus korrosionshemmendem oder -verhütendem Material bestehen, so daß die Oberfläche des Walzenkerns 1 gegen Korrosion geschützt ist.
Bezugszeichenliste
1
Walzenkern
2
elastische Bezugsschicht
3
Faserbündel
4
Faserlagen
5
elastisches Matrixmaterial
6
stirnseitiges Ende
7
stirnseitiges Ende
8
Längsausnehmungen
9
Längsausnehmungen
10
bolzenförmige Eingriffselemente
11
Pfeil
12
Pfeil
13
Trennschicht

Claims (13)

  1. Walze, insbesondere zum Glätten von Papierbahnen, mit einem insbesondere aus Metall bestehenden harten Walzenkern (1), der an seiner Außenseite mit einer ein elastisches Matrixmaterial (5) umfassenden elastischen Bezugsschicht (2) versehen ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die elastische Bezugsschicht (2) drehfest aber längsverschiebbar auf dem Walzenkern (1) angeordnet ist.
  2. Walze nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die elastische Bezugsschicht (2) spielfrei, insbesondere im Preßsitz auf dem Walzenkern (1) angeordnet ist.
  3. Walzen nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß zwischen der elastischen Bezugsschicht (2) und dem Walzenkern (1) eine Trennschicht (13) insbesondere zur Reibungsverminderung zwischen der elastischen Bezugsschicht (2) und dem Walzenkern (1) vorgesehen ist, insbesondere daß die Trennschicht (13) aus Silikon und/oder aus einer im wesentlichen monomolekularen Schicht und/oder aus einem korrosionshemmenden oder -verhütenden Material besteht.
  4. Walze nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Wärmeausdehnungskoeffizient der elastischen Bezugsschicht (2) größer ist als der Wärmeausdehnungskoeffizient des Walzenkerns (1).
  5. Walze nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß an der Oberfläche des Walzenkerns (1) Drehsicherungs- und Führungselemente (10) vorgesehen sind, die mit an der elastischen Bezugsschicht (2) vorgesehenen Gegenelementen (8, 9) zusammenwirken, so daß die elastischen Bezugsschicht (2) auf dem Walzenkern (1) längsverschiebbar aber drehfest befestigt ist, insbesondere
    daß in und/oder an der elastischen Bezugsschicht (2), insbesondere in und/oder an der radial innen gelegenen Oberfläche der elastischen Bezugsschicht (2) eine oder mehrere sich im wesentlichen in axialer Richtung erstreckende Längsführungen (8, 9) vorgesehen sind, und daß an der Oberfläche des Walzenkerns (1) insbesondere bolzenförmige Eingriffselemente (10) vorgesehen sind, die in die Längsführungen (8, 9) eingreifen, wobei bevorzugt die Längsführungen an dem Walzenkern und die Eingriffselemente an der elastischen Bezugsschicht vorgesehen sind.
  6. Walze nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß in dem Matrixmaterial (5) der elastischen Bezugsschicht (2) eine oder mehrere Faserlagen (4) eingebettet sind, insbesondere daß die Faserlagen (4) zumindest teilweise durch schräg zur Oberfläche des Walzenkerns (1) verlaufende Faserbündel (3) gebildet werden und insbesondere sich kreuzende Faserbündel (3) umfassen.
  7. Walze nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die elastische Bezugsschicht (2) eine radial außenliegende Funktionsschicht und eine radial innenliegende Verbindungsschicht zum Verbinden der Funktionsschicht mit dem Walzenkern (1) umfaßt, insbesondere daß der Fasergehalt der Verbindungsschicht höher ist als der Fasergehalt der Funktionsschicht und/oder daß der Fasergehalt der Verbindungsschicht in deren radial außenliegendem Bereich im wesentlichen gleich groß wie der Fasergehalt der Funktionsschicht in deren radial innenliegendem Bereich ist.
  8. Walze nach Anspruch 6 oder 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Fasergehalt der Bezugsschicht (2) radial von innen nach außen variiert, insbesondere abnimmt und/oder
    daß im radial außen gelegenen Bereich der Bezugsschicht (2) der Fasergehalt im wesentlichen gleich Null ist und/oder
    daß die Fasern der Faserlagen (4) als Glas- und/oder als Kohlefasern ausgebildet sind.
  9. Walze nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Matrixmaterial (2) ein Kunststoff, insbesondere ein Duroplast oder ein Thermoplast ist und/oder
    daß das Matrixmaterial (2) aus einer Harz/Härter-Kombination besteht.
  10. Verfahren zum Herstellen einer elastischen Walze mit einem insbesondere aus Metall bestehenden harten Walzenkern und einer ein elastisches Matrixmaterial umfassenden elastischen Bezugsschicht, insbesondere zum Herstellen einer Walze nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die elastische Bezugsschicht längsverschiebbar aber drehfest auf den Walzenkern aufgebracht wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die elastische Bezugsschicht auf den Walzenkern aufgeschrumpft wird und/oder
    daß vor Aufbringen der elastischen Bezugsschicht auf den Walzenkern eine Trennschicht, insbesondere zur Reibungsverminderung zwischen der Bezugsschicht und dem Walzenkern, aufgebracht wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß zur Erzeugung der Bezugsschicht eine Vielzahl von Fasern, insbesondere in mehreren Faserlagen übereinander, auf den Walzenkern oder einen insbesondere zylindrischen Wickelkörper aufgewickelt wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Fasern in Form eines oder mehrerer Faserbündel und/oder Faserrovings und/oder Faservliese auf den Walzenkern oder einen insbesondere zylindrischen Wickelkörper aufgewickelt werden, wobei ein Roving jeweils aus einer Vielzahl von nebeneinanderliegenden Fasern der gleichen Art besteht, und/oder
    daß die Fasern vor dem Aufwickeln auf den Walzenkern oder einen insbesondere zylindrischen Wickelkörper mit dem Matrixmaterial umgeben werden, insbesondere durch ein Matrixbad gezogen werden, oder daß die Fasern im wesentlichen trocken auf den Walzenkern oder einen insbesondere zylindrischen Wickelkörper aufgewickelt werden und während oder nach dem Aufwickeln mit dem Matrixmaterial beaufschlagt, insbesondere vollständig in das Matrixmaterial eingebettet werden, und/oder
    daß die Fasern schräg, insbesondere im Kreuzverbund auf den Walzenkern oder einen insbesondere zylindrischen Wickelkörper aufgewickelt werden und/oder
    daß als Fasern Glas- und/oder Kohlefasern verwendet werden.
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