EP2157234A2 - Verfahren zum Herstellen einer Kalanderwalze und Kalanderwalze - Google Patents

Verfahren zum Herstellen einer Kalanderwalze und Kalanderwalze Download PDF

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EP2157234A2
EP2157234A2 EP09163887A EP09163887A EP2157234A2 EP 2157234 A2 EP2157234 A2 EP 2157234A2 EP 09163887 A EP09163887 A EP 09163887A EP 09163887 A EP09163887 A EP 09163887A EP 2157234 A2 EP2157234 A2 EP 2157234A2
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EP
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layer
further layer
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elastic
roll
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Voith Patent GmbH
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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
    • 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 method for producing a calender roll with a roll core and an elastic layer on the roll core, in which one applies outside of the elastic layer, a further layer.
  • the invention relates to a calender roll with a roll core and an elastic layer on the roll core, wherein on the outside of the elastic layer, a further layer is arranged.
  • a calender roll having an elastic layer on a hard roll core is used in a calender to form a so-called "soft" nip.
  • the calender roll having the elastic layer cooperates with a hard calender roll whose surface is significantly harder and less yielding than the surface of the elastic layer.
  • the surface of the elastic layer is usually much rougher than the surface of the hard roll used to form the soft nip. It has therefore been attempted to provide the soft roller, ie the roller with the elastic layer, with an improved surface smoothness.
  • a chromium layer is applied to the outside of the elastic layer Service.
  • the use of such a chromium layer has not been successful because it has led to a mottling or a black satin in the calendering of a paper or board web.
  • the invention has for its object to achieve a high wear resistance of the surface of the roller.
  • This object is achieved in a method of the type mentioned in that applying the further layer by a high-speed flame spraying on the elastic layer.
  • High Velocity Oxy Fuel the material to be applied has a higher temperature and high kinetic energy on the surface of the roll, i. flung on the surface of the elastic layer. The material solidifies on the surface and then forms the further layer. High speed flame spraying makes the surface relatively free, i. E. It is possible to produce a relatively wear-resistant layer, which moreover has the advantage of being relatively smooth, so that the calendering of a web passing through a nip formed by means of the roll is improved.
  • the further layer is formed from a self-fluxing alloy.
  • the self-fluxing alloy first flows into the cavities on the surface of the elastic layer after impact, and then forms a closed layer which provides excellent adhesion to the elastic layer. This creates a very intimate connection between the further layer and the elastic layer, so that the roller can be loaded to a sufficient extent despite the further layer.
  • the elastic layer is cooled during application of the further layer. This is particularly advantageous when the elastic layer of a plastic, such as a synthetic resin, such as epoxy, is formed. Cooling prevents the hot material of the further layer from destroying or adversely affecting the elastic layer during application.
  • Carbon dioxide only cools, but will otherwise have no negative impact on the elastic layer or on the material of the further layer.
  • the thickness of the further layer is preferably set to a maximum of 50 ⁇ m, in particular to a maximum of 20 ⁇ m and particularly preferably in the range of 3 to 10 ⁇ m.
  • the high-speed flame spraying process makes it possible to form a very thin layer on the surface of the elastic layer, so that the elastic properties of the elastic layer are still available for the calendering of a web.
  • a relatively thin further layer it is possible to prevent the matting of a web from producing a mottling, black satin or other damage.
  • the further layer is formed from a nickel-containing substance mixture or a nickel-containing alloy.
  • a high wear resistance can be achieved.
  • a nickel-containing surface it is possible to heat the surface, so that the calendering of the elastic roller contacting side of the web is supported.
  • NiCrBSi nickel and silicon
  • this alloy also contains chromium and boron. It has been found that the further layer can then be obtained with a relatively high forehead peel strength and a high compressive strength.
  • the material of the further layer is applied to the elastic layer at a maximum temperature of 2,000 ° C. and / or at a maximum speed of 650 m / s.
  • a maximum temperature of 2,000 ° C. and / or at a maximum speed of 650 m / s it is achieved that the further layer holds on the elastic layer with sufficient strength.
  • the elastic layer if necessary with cooling, does not suffer from the application of the further layer.
  • the object is achieved in a calender roll of the type mentioned above in that the further layer has a maximum thickness of 50 microns, in particular at most 20 microns and more preferably in the range of 3 to 10 microns.
  • the further layer comprises nickel.
  • nickel gives excellent values in terms of wear resistance.
  • a layer comprising nickel can also be made relatively smooth.
  • the further layer comprises silicon.
  • a combination of nickel and silicon has proven to be particularly advantageous.
  • the further layer comprises chromium and / or boron. With such an alloy, excellent wear resistance values and smoothness values can be achieved.
  • the Fig. 1 and 3 show a calender roll 1 with a roll core 2, which carries an elastic layer 3.
  • the elastic layer is constructed in a conventional manner, for example of a material “Toptech”, ie an epoxy resin.
  • a further layer 4 is applied externally.
  • a spray gun 5 is used which applies the material of the further layer 4 to the calender roll 1 with a high-speed flame jet or spray jet 6.
  • the elastic layer 3 is thereby cooled simultaneously, for example with carbon dioxide (CO 2 ).
  • the spray gun 5 has an output 7 for the spray jet 6.
  • the spray jet 6 is produced by the material, from which the further layer 4 is formed, in the form of a mixture 8 of powder of the further layer 4 and carrier gas into the spray gun 5 is introduced.
  • oxygen 9, fuel gas 10 and compressed air 11 are introduced into the spray gun 5.
  • Cooling water 13 is supplied via a cooling water connection 12.
  • the spray jet 6 has a maximum temperature of 2,000 ° C and a maximum speed of 650 m / s.
  • the material of the further layer 4 strikes the surface of the elastic layer 3. There, the material first flows into the cavities on the surface of the elastic layer 3 and then forms a closed layer which has excellent adhesion to the material of the elastic layer 3 contains.
  • the material of the elastic layer for example an epoxide, is cooled, for example by CO 2 .
  • the further layer 4 thereby obtains a relatively high adhesive strength on the elastic layer 3. It was possible to measure a force of 33 MPa in a face pull test. At a pressure load of a specimen with a tension of 230 MPa, no visible cracks occurred at least on the surface.
  • the further layer 4 is relatively thin. Their thickness is a maximum of 50 ⁇ m. In general, it should not exceed 20 microns and particularly preferred values are in the range of 3 to 10 microns.
  • the elastic properties of the elastic layer 3 on the surface of the calender roll 1 remain virtually complete so that the calender roll 1 behaves like a normal soft roll.
  • the surface of this soft roller is much more resistant to wear and also much smoother.
  • the surface can be tempered better due to the additional layer.
  • a dirt-repellent effect can be achieved and the tendency for sticky formation can be reduced.
  • nickel-containing materials As an excellent material for the high-speed flame spraying process for coating a calender roll 1, nickel-containing materials have been found to be useful, especially those containing silicon.
  • a particularly suitable material is NiCrBSi.

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Abstract

Es werden ein Verfahren zum Herstellen einer Kalanderwalze (1) und eine Kalanderwalze (1) angegeben. Die Kalanderwalze (1) weist einen Walzenkern (2) und darauf eine elastische Schicht auf, wobei man außen auf die elastische Schicht eine weitere Schicht aufbringt.
Man möchte eine hohe Verschleißfestigkeit erzielen.
Hierzu wird die weitere Schicht durch ein Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen auf die elastische Schicht aufgebracht.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Kalanderwalze mit einem Walzenkern und einer elastischen Schicht auf dem Walzenkern, bei dem man außen auf die elastische Schicht eine weitere Schicht aufbringt.
  • Ferner betrifft die Erfindung eine Kalanderwalze mit einem Walzenkern und einer elastischen Schicht auf dem Walzenkern, wobei außen auf der elastischen Schicht eine weitere Schicht angeordnet ist.
  • Eine Kalanderwalze mit einer elastischen Schicht auf einem harten Walzenkern wird in einem Kalander verwendet, um einen sogenannten "weichen" Nip zu bilden. Die die elastische Schicht aufweisende Kalanderwalze wirkt dabei mit einer harten Kalanderwalze zusammen, deren Oberfläche deutlich härter und weniger nachgiebig ist als die Oberfläche der elastischen Schicht.
  • Die Oberfläche der elastischen Schicht ist in der Regel wesentlich rauer als die Oberfläche der harten Walze, die zur Bildung des weichen Nips verwendet wird. Man hat daher versucht, auch die weiche Walze, d.h. die Walze mit der elastischen Schicht, mit einer verbesserten Oberflächenglätte zu versehen. Hierzu ist außen auf die elastische Schicht eine Chromschicht aufgetragen worden. Allerdings hat sich die Verwendung einer derartigen Chromschicht nicht bewährt, weil sie bei der Satinage einer Papier- oder Kartonbahn zu einem Mottling oder einer Schwarzsatinage geführt hat.
  • Bei der Satinage einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn, besteht die Gefahr, dass sich an der Oberfläche der Walze mit der elastischen Schicht Ablagerungen ablagern. Um diese Ablagerungen zu entfernen, werden Schaberklingen verwendet. Diese Schaberklingen entfernen zwar die Ablagerungen, beanspruchen aber gleichzeitig die Oberfläche der elastischen Schicht, so dass hier ein erheblicher Verschleiß entsteht. Darüber hinaus bewirkt auch die durchlaufende Faserstoffbahn einen gewissen Verschleiß der Oberfläche der Walze mit der elastischen Schicht. Dementsprechend ist in gewissen Abständen eine Überarbeitung erforderlich, bei der die Walze in der Regel aus dem Kalander ausgebaut werden muss. Die dadurch bedingten Unterbrechungen der Produktion sind unerwünscht.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hohe Verschleißfestigkeit der Oberfläche der Walze zu erzielen.
  • Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass man die weitere Schicht durch ein Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen auf die elastische Schicht aufbringt.
  • Beim Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen (High Velocity Oxy Fuel, HVOF-Verfahren) wird das aufzutragende Material mit einer höheren Temperatur und einer hohen kinetischen Energie auf die Oberfläche der Walze, d.h. auf die Oberfläche der elastischen Schicht geschleudert. Das Material erstarrt auf der Oberfläche und bildet dann die weitere Schicht. Durch das Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen ist man bei der Gestaltung der Oberfläche relativ frei, d.h. man kann eine relativ verschleißfeste Schicht erzeugen, die darüber hinaus den Vorteil hat, relativ glatt zu sein, so dass die Satinage einer Bahn, die durch einen mit Hilfe der Walze gebildeten Nip läuft, verbessert wird.
  • Vorzugsweise bildet man die weitere Schicht aus einer selbstfließenden Legierung. Die selbstfließende Legierung fließt nach dem Auftreffen zunächst in die Hohlräume an der Oberfläche der elastischen Schicht und bildet dann eine geschlossene Schicht, die eine ausgezeichnete Haftung zur elastischen Schicht erhält. Damit wird eine sehr innige Verbindung zwischen der weiteren Schicht und der elastischen Schicht geschaffen, so dass die Walze trotz der weiteren Schicht in ausreichendem Maße belastbar ist.
    Vorzugsweise kühlt man die elastische Schicht beim Auftragen der weiteren Schicht. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die elastische Schicht aus einem Kunststoff, beispielsweise einem Kunstharz, wie Epoxid, gebildet ist. Durch das Kühlen verhindert man, dass das heiße Material der weiteren Schicht beim Auftragen die elastische Schicht zerstört oder negativ beeinflusst.
  • Hierbei ist besonders bevorzugt, dass man zur Kühlung Kohlendioxid verwendet. Kohlendioxid kühlt nur, wird aber ansonsten keine negativen Auswirkungen auf die elastische Schicht oder auf das Material der weiteren Schicht haben.
  • Vorzugsweise stellt man die Dicke der weiteren Schicht auf maximal 50 µm ein, insbesondere auf maximal 20 µm und besonders bevorzugt im Bereich von 3 bis 10 µm. Durch das Hochgeschwindigkeits-Flammspritzverfahren lässt sich eine sehr dünne Schicht auf der Oberfläche der elastischen Schicht bilden, so dass die elastischen Eigenschaften der elastischen Schicht für die Satinage einer Bahn nach wie vor zur Verfügung stehen. Insbesondere kann man bei einer relativ dünnen weiteren Schicht verhindern, dass sich bei der Satinage einer Bahn ein Mottling, eine Schwarzsatinage oder andere Beschädigungen ergeben.
  • Vorzugsweise bildet man die weitere Schicht aus einem nickelhaltigen Stoffgemisch oder einer nickelhaltigen Legierung. Mit einer derartigen Schicht lässt sich eine hohe Verschleißfestigkeit erreichen. Darüber hinaus ist es möglich, die Oberfläche der weiteren Schicht sehr glatt zu machen, so dass die Walze nicht nur verschleißfest wird, sondern auch eine gute Oberflächenqualität erhält. Man kann dann auch die an der elastischen Walze anliegende Seite der Bahn besser glätten und dadurch die Zahl der in einem Kalander benötigten Nips reduzieren. Darüber hinaus ist es bei einer nickelhaltigen Oberfläche möglich, die Oberfläche zu beheizen, so dass die Satinage der die elastische Walze berührenden Seite der Bahn unterstützt wird.
  • Auch ist von Vorteil, wenn man ein Stoffgemisch verwendet, das Silizium aufweist. Mit einer Legierung oder allgemein einem Gemisch, das Silizium aufweist, lassen sich hervorragende Verschleißfestigkeiten erzielen. Die Walze bekommt dadurch eine höhere Lebensdauer.
  • Vorzugsweise verwendet man als Stoffgemisch oder Legierung NiCrBSi. Neben Nickel und Silizium findet sich in dieser Legierung auch Chrom und Bor. Es hat sich herausgestellt, dass man die weitere Schicht dann mit einer relativ hohen Stirnabzugsfestigkeit und einer hohen Druckspannungsfestigkeit erhalten kann.
  • Bevorzugterweise bringt man das Material der weiteren Schicht mit einer Temperatur von maximal 2.000°C und/oder mit einer Geschwindigkeit von maximal 650 m/s auf die elastische Schicht auf. Mit diesen Parametern wird einerseits erreicht, dass die weitere Schicht mit einer ausreichenden Festigkeit auf der elastischen Schicht hält. Andererseits erreicht man, dass die elastische Schicht, gegebenenfalls mit einer Kühlung, durch das Aufbringen der weiteren Schicht nicht leidet.
  • Die Aufgabe wird bei einer Kalanderwalze der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die weitere Schicht eine Dicke von maximal 50 µm, insbesondere maximal 20 µm und besonders bevorzugt im Bereich von 3 bis 10 µm aufweist.
  • Dadurch erhält man zwar eine weitere Schicht, deren Oberfläche relativ glatt und verschleißfest ausgebildet ist. Diese Oberfläche stört aber die übrigen "elastischen Eigenschaften" der Walze nicht, so dass man die Walze trotz der weiteren Schicht nach wie vor als elastische Walze bezeichnen kann.
  • Vorzugsweise weist die weitere Schicht Nickel auf. Mit der Verwendung von Nickel erhält man hervorragende Werte im Hinblick auf die Verschleißfestigkeit. Darüber hinaus lässt sich eine Schicht, die Nickel aufweist, auch relativ glatt ausbilden.
  • Vorzugsweise weist die weitere Schicht Silizium auf. Eine Kombination von Nickel und Silizium hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt.
  • Auch ist bevorzugt, dass die weitere Schicht Chrom und/oder Bor aufweist. Mit einer derartigen Legierung lassen sich hervorragende Verschleißfestigkeitswerte und Glättewerte erreichen.
  • In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die weitere Schicht NiCrBSi aufweist. Ein derartiges Material hat sich als außerordentlich vorteilhaft herausgestellt.
    Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Verfahrens zum Herstellen einer Kalanderwalze,
    Fig. 2
    eine Schnittansicht einer Spritzpistole für Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen und
    Fig. 3
    einen schematischen Schnitt durch eine Kalanderwalze zur Erläuterung des Aufbaus.
  • Die Fig. 1 und 3 zeigen eine Kalanderwalze 1 mit einem Walzenkern 2, der eine elastische Schicht 3 trägt. Die elastische Schicht ist in herkömmlicher Weise aufgebaut, beispielsweise aus einem Material "Toptech", also einem Epoxid-Harz.
  • Auf die elastische Schicht 3 ist außen eine weitere Schicht 4 aufgebracht. Um die weitere Schicht 4 aufzubringen, wird eine Spritzpistole 5 verwendet, die das Material der weiteren Schicht 4 mit einem Hochgeschwindigkeits-Flammstrahl oder Spritzstrahl 6 auf die Kalanderwalze 1 aufträgt. Um das Material der elastischen Schicht 3 dabei nicht zu zerstören, wird die elastische Schicht 3 dabei gleichzeitig gekühlt, beispielsweise mit Kohlendioxid (CO2).
  • Die Spritzpistole 5 weist einen Ausgang 7 für den Spritzstrahl 6 auf. Der Spritzstrahl 6 wird erzeugt, indem das Material, aus dem die weitere Schicht 4 gebildet ist, in Form eines Gemischs 8 aus Pulver der weiteren Schicht 4 und Trägergas in die Spritzpistole 5 eingebracht wird. Zusätzlich werden Sauerstoff 9, Brenngas 10 und Druckluft 11 in die Spritzpistole 5 eingebracht. Über einen Kühlwasseranschluss 12 wird Kühlwasser 13 zugeführt.
  • Am Ausgang 7 der Spritzpistole 5 hat der Spritzstrahl 6 eine Temperatur von maximal 2.000°C und eine Geschwindigkeit von maximal 650 m/s. Mit geringfügig niedrigeren Werten trifft das Material der weiteren Schicht 4 auf die Oberfläche der elastischen Schicht 3. Dort fließt das Material zunächst in die Hohlräume an der Oberfläche der elastischen Schicht 3 und bildet dann eine geschlossene Schicht, die eine ausgezeichnete Haftung zum Material der elastischen Schicht 3 enthält. Wie erwähnt, wird das Material der elastischen Schicht, beispielsweise ein Epoxid, gekühlt, beispielsweise durch CO2.
  • Die weitere Schicht 4 erhält dadurch eine relativ hohe Haftfestigkeit auf der elastischen Schicht 3. Man konnte bei einem Stirnabzugsversuch eine Kraft von 33 MPa messen. Bei einer Druckbelastung eines Probenkörpers mit einer Spannung von 230 MPa traten zumindest an der Oberfläche keine sichtbaren Risse auf.
  • Die weitere Schicht 4 ist relativ dünn. Ihre Dicke beträgt maximal 50 µm. In der Regel sollte sie 20 µm nicht überschreiten und besonders bevorzugte Werte ergeben sich im Bereich von 3 bis 10 µm. Dadurch bleiben die elastischen Eigenschaften der elastischen Schicht 3 an der Oberfläche der Kalanderwalze 1 praktisch vollständig erhalten, so dass sich die Kalanderwalze 1 wie eine normale weiche Walze verhält. Allerdings ist die Oberfläche dieser weichen Walze wesentlich verschleißfester und auch wesentlich glatter. Darüber hinaus lässt sich die Oberfläche aufgrund der weiteren Schicht besser temperieren. Es kann zusätzlich noch eine Schmutz abweisende Wirkung erzielt und die Tendenz zur Sticky-Bildung reduziert werden.
  • Als ein hervorragendes Material für das Hochgeschwindigkeits-Flammspritzverfahren zum Beschichten einer Kalanderwalze 1 haben sich nickelhaltige Materialien bewährt, insbesondere solche, die auch Silizium enthalten. Ein besonders geeignetes Material ist NiCrBSi.

Claims (14)

  1. Verfahren zum Herstellen einer Kalanderwalze mit einem Walzenkern und einer elastischen Schicht auf dem Walzenkern, bei dem man außen auf die elastische Schicht eine weitere Schicht aufbringt, dadurch gekennzeichnet, dass man die weitere Schicht durch ein Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen auf die elastische Schicht aufbringt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die weitere Schicht aus einer selbstfließenden Legierung bildet.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man die elastische Schicht beim Auftragen der weiteren Schicht kühlt.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass man zur Kühlung Kohlendioxid verwendet.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man die Dicke der weiteren Schicht auf maximal 50 µm einstellt, insbesondere auf maximal 20 µm und besonders bevorzugt im Bereich von 3 bis 10 µm.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man die weitere Schicht aus einem nickelhaltigen Stoffgemisch oder einer nickelhaltigen Legierung bildet.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass man ein Stoffgemisch verwendet, das Silizium aufweist.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass man als Stoffgemisch oder Legierung NiCrBSi verwendet.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass man das Material der weiteren Schicht mit einer Temperatur von maximal 2.000°C und/oder mit einer Geschwindigkeit von maximal 650 m/s auf die elastische Schicht aufbringt.
  10. Kalanderwalze mit einem Walzenkern und einer elastischen Schicht auf dem Walzenkern, wobei außen auf der elastischen Schicht eine weitere Schicht angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Schicht (4) eine Dicke von maximal 50 µm, insbesondere maximal 20 µm und besonders bevorzugt im Bereich von 3 bis 10 µm aufweist.
  11. Kalanderwalze nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Schicht (4) Nickel aufweist.
  12. Kalanderwalze nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Schicht (4) Silizium aufweist.
  13. Kalanderwalze nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Schicht (4) Chrom und/oder Bor aufweist.
  14. Kalanderwalze nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Schicht (4) NiCrBSi aufweist.
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