EP3491188B1 - Verfahren zur beschichtung eines trockenzylinders - Google Patents

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EP3491188B1
EP3491188B1 EP17743036.0A EP17743036A EP3491188B1 EP 3491188 B1 EP3491188 B1 EP 3491188B1 EP 17743036 A EP17743036 A EP 17743036A EP 3491188 B1 EP3491188 B1 EP 3491188B1
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EP
European Patent Office
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coating
drying
drying cylinder
fibrous web
drying device
Prior art date
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EP17743036.0A
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English (en)
French (fr)
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EP3491188A1 (de
Inventor
Franz Grohmann
Alexander Etschmaier
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Voith Patent GmbH
Original Assignee
Voith Patent GmbH
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Publication date
Application filed by Voith Patent GmbH filed Critical Voith Patent GmbH
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Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21F—PAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
    • D21F5/00—Dryer section of machines for making continuous webs of paper
    • D21F5/02—Drying on cylinders
    • D21F5/021—Construction of the cylinders

Definitions

  • the invention is based on a method for coating a drying cylinder of a drying device, which can be part of a machine for manufacturing and / or finishing a fibrous web such as a paper, cardboard or tissue web.
  • Generic drying cylinders are equipped with coated surfaces.
  • a heating device can be assigned to them, by means of which the drying cylinders can be heated, and are used primarily for smoothing and / or drying the fibrous web previously produced in the machine.
  • these drying cylinders are on the one hand subject to considerable corrosion as a result of the environment to which they are exposed. They come into direct or indirect contact with the fibrous web and the additives it contains, such as chemicals, are exposed to high ambient temperatures and must have extremely high abrasion resistance, as the fibrous web or such a fibrous web leading covering (e.g. conveyor belts) is directly or indirectly on their outer circumference. running.
  • the known methods have the disadvantage that fuels in gaseous form, such as oxygen and hydrogen, are required for melting and accelerating the spray additive. These must be kept in appropriate tanks. There is often an acute risk of explosion when handling these substances.
  • the spray guns used are also very loud during operation, i.e. during coating.
  • the reaction gases produced by the combustion also have to be extracted in a laborious manner. All in all, high safety regulations with regard to occupational health and safety are necessary for the operating personnel of such coating systems in order to avoid accidents.
  • comparatively high kinetic pressures are required in order to accelerate the melted spray additive material to a higher rate of application of the spray additive material onto the substrate to be coated. I.e. more spray additive must be conveyed per unit of time.
  • a higher feed rate of spray additive basically requires more spray additive.
  • the conventional thermally sprayed coatings are only mechanically clamped to the coated substrate, such as the drying cylinder.
  • the coatings obtained in this way are therefore not particularly corrosion-resistant as a result of "only” such a clamping. This is particularly critical when using chemicals, as explained at the beginning.
  • the materials used for the coatings up to now also achieve an enormous one Abrasion resistance, however, are not very ductile and comparatively brittle. The coatings can therefore become detached from the substrate.
  • older drying cylinders that reached the limits of their service life had to be retired. The reason for this is that the existing, worn coating has to be removed before a new coating.
  • the drying cylinder is usually ground down to the roller core on which the coating is applied.
  • EP 1 770 209 A1 relates to the application and doctoring of a creping medium called a coating onto a drying cylinder according to the preamble of claims 1 and 8, respectively.
  • WO 2016/071299 A1 describes the application of a spray additive by melting it onto a cylinder surface using a laser source.
  • the present invention relates to such generic objects.
  • the object is achieved by a method for coating a drying cylinder with the features of claim 1.
  • the coating takes place within the drying device itself.
  • the drying cylinder within the delimitation of the drying device eg within its housing
  • the drying cylinder is preferably coated when the drying device is not in operation.
  • the coating system required for this is also at least temporarily within the boundary of the drying device is arranged or can be brought into such a position.
  • a system then consists at least temporarily of a drying device and the coating installation.
  • the melting of at least the applied spray additive is carried out by means of a beam
  • the beam source can e.g. can be adjusted accordingly with regard to their power (e.g. energy per unit length), beam geometry or focusing of the beam.
  • the substrate to be coated e.g. the roller body (or the outer surface of the drying cylinder to be coated) and the coating to be applied to it, at least partially made of a metal, then these can form an alloy as a result of the laser cladding: Because the energy or power of the beam source can be such that the temperature of the melt from both molten metals lies above the highest occurring temperature of the liquidus line in a state diagram of an alloy to be formed from these two metals.
  • a beam source is set up for laser cladding if it is able to partially melt the outer surface, e.g. the roller core, the adhesive or functional layer arranged on it during the production of the coating according to the invention.
  • the direction of propagation means the spatial direction of the beam that runs away from the beam source and onto the surface to be coated. You can use spatial vectors in a Cartesian coordinate system, for example to be discribed. If the beam is deflected in the direction of the surface to be coated after leaving the beam source, then the term direction of propagation means the path actually covered (beam path) of the beam.
  • the drying device dries and / or smooths a fibrous web in normal operation (operating state). It can be part of a machine mentioned at the beginning for the production and / or finishing of a fibrous web such as a paper, cardboard or tissue web.
  • a fibrous web such as a paper, cardboard or tissue web.
  • it has at least one drying cylinder.
  • a plurality of drying cylinders is preferably provided. These are arranged in the running direction of the fibrous web to be dried and / or to be smoothed, running through them, parallel to one another with regard to their longitudinal axes.
  • the fibrous web wraps around each individual drying cylinder in a corresponding wrapping area, viewed alternately in the running direction.
  • a drying cylinder is a heated or heated drying cylinder, such as a Yankee cylinder.
  • the term drying cylinder can, however, also include a calender roll.
  • a brand new drying cylinder manufactured for the first time generally has a roller core and a coating applied directly to it. The coating wears out over time so that a recoating is necessary.
  • Such drying cylinders for treating a fibrous web measure several meters both in length and in diameter.
  • a non-operating state of the drying device that is to say when the drying device is shut down, for example with the aim of maintenance, drying and / or smoothing of the fibrous web is not possible.
  • the fibrous web will not is passed around the drying cylinder and no longer wraps around it.
  • the inventive coating of the drying cylinder is carried out when the drying device is not in operation.
  • the coating installation according to the invention is in its intended state (operating state of the coating installation).
  • the coating system is in turn in a non-operating state when the drying device is in its operating state.
  • the coating system and the drying device are therefore operated in opposite directions to one another, viewed in their intended operation.
  • the fibrous web is in direct or indirect contact with the drying cylinder during the operating state of the drying device (e.g. via a clothing).
  • the fibrous web runs in the same direction of rotation of the drying cylinder, which is driven in rotation about its longitudinal axis, together with the latter.
  • the looping area is that section of the circular arc of the drying cylinder - in each case starting from a stationary observer who looks at the axis of rotation of the drying cylinder in a side view - which is looped (at least partially) by the fibrous web.
  • the looping area can be limited by two take-off points, at which the fibrous web is placed on the drying cylinder on the one hand and taken off again on the other hand when the drying cylinder is operating as intended.
  • the at least one take-off point can be formed by a press nip, which together form a press roll and the drying cylinder.
  • One of the two take-off points can also be formed by a creping doctor, which is pressed against the outer surface of the drying cylinder - if the drying cylinder is designed as a Yankee cylinder - in order to remove (crepe) the fibrous web from the drying cylinder.
  • An area of the drying cylinder located outside the wrapping area of the fibrous web is also referred to below as the coating application area.
  • the fibrous web is not in contact with the drying cylinder. It is - in plan view viewed on the longitudinal axis of the drying cylinder - for example that remaining part of the circular arc of the drying cylinder, which is preferably obtained after subtracting the partial circular arc delimited by the wraparound area from the full circle of the drying cylinder, each seen in the mentioned side view.
  • the coating application area can be that area which corresponds to the circular arc over which the fibrous web, viewed in the direction of rotation of the drying cylinder, is swept.
  • the coating application area corresponds to the difference between the part of the circumferential surface spanned by the wrapping area and the full circumferential surface of the drying cylinder.
  • the coating application area is also that spatial area at which the jet is directed during normal operation of the coating installation or with which the coating according to the invention is applied to the drying cylinder.
  • a fibrous web in the sense of the invention is a scrim or tangle of fibers such as cellulose fibers, plastic fibers, glass fibers, carbon fibers, To understand additives, additives or the like.
  • the fibrous web can be designed as a paper, cardboard or tissue web. It can essentially comprise cellulose fibers, it being possible for small amounts of other fibers or also additives and additives to be present. This is left to the specialist depending on the application.
  • the coating according to the invention is preferably designed to be permanent.
  • a permanent coating within the meaning of the invention is a coating that is in the solid state (solidified) in the operating state of the drying device and is preferably implemented in one piece with the drying cylinder.
  • the term permanent does not include temporary coatings such as paints, glazes or varnishes, which are not integral with the drying cylinder (permanently) and which adhere to the drying cylinder (temporarily), for example through chemical bonding.
  • Permanent also means that the coating remains firmly connected to the drying cylinder or its roller core over its service life in the operating state of the drying device, and that over a large number of revolutions of the drying cylinder. Permanent means that, viewed over the service life, the coating does not have to be reapplied after every full revolution of the drying cylinder.
  • the coating can be selected in such a way that it has such a relatively high abrasion resistance to objects that come into frictional engagement with it, such as the fibrous web, a covering carrying the fibrous web or a cleaning or creping doctor attached to the outer surface of the drying cylinder.
  • the abrasion resistance can be selected to be so high that in the normal operating state of the drying device with the coating of the drying cylinder, a service life of several hundred hours is achieved. And all this without the coating having to be renewed.
  • the coating according to the invention takes place within the drying device, that is to say in-situ.
  • the latter can mean that the coating of the drying cylinder is preferably carried out within the geometric delimitation of the drying device, within the housing wall of the drying device.
  • a coating installation according to the invention is e.g. housed accordingly within the housing wall of the drying device. This has the advantage that the drying cylinder does not have to be removed from the drying device in order to recoat it. Rather, it remains in its place, which it already occupies in the operating state of the drying device.
  • material is basically the starting material from which the coating, e.g. the adhesive or functional layer is to be produced, understood.
  • the spray additive means that starting material that is applied to the substrate to be coated (here the roller core or the outer surface of the drying cylinder) for the purpose of producing the corresponding layer.
  • the main direction of application of the additional spray material means that direction which corresponds to the (statistically most frequently occurring) main movement component of the additional spray material supplied to the outer surface of the drying cylinder.
  • it is the predominant direction of the majority of the particles of the spray additive in spray burners customary for spray technology for laser or electron beam coating according to the invention that have correspondingly known spatial distributions of the particles emitted from them.
  • the main component of movement of a particle of spray additive material accelerated in this way is, in a Cartesian coordinate system, that of the three spatial components of movement of the particle which has the greatest magnitude.
  • the term "essentially against gravity" is intended to mean that the direction of propagation of the jet and / or the main direction of application of the spray filler material is / are selected such that it is / are opposite to the direction of gravity, also with regard to only one movement component.
  • the latter means that the smallest angle, for example that enclosed by the direction of propagation of the jet and / or the main direction of application and the direction of gravity, is between 0 ° and 90 °, preferably between 0 ° and 45 °.
  • the direction of propagation of the beam In relation to the coating system, it can be arranged or set up relative to the drying device in such a way that it accelerates the spray additive in the main application direction onto the coating area mentioned in its installation position intended for the operation of the coating system.
  • the term according to the invention means that the jet (in its extension in the direction of propagation) and / or the spray additive always strikes the jacket surface of the drying cylinder below the axis of rotation of the drying cylinder.
  • the term functional layer in the context of the present invention means a layer which comes into contact directly with the fibrous web or indirectly, for example via a conveyor belt, such as covering or sieves, located between the fibrous web and the functional layer.
  • the functional layer thus has properties that reduce corrosion and abrasion to the greatest possible extent.
  • an adhesive layer is understood to mean a layer which serves to promote adhesion between the roller core on the one hand and a functional layer.
  • Both the adhesive layer and the functional layer are thus part of the preferably permanent, solid coating applied to the drying cylinder, which is applied successively to the roll core during manufacture becomes.
  • Functional and / or adhesive layer can be built up from a plurality of individual layers.
  • substrate - depending on the stage of the coating produced - is preferably understood to be the radially outermost material to be coated directly, such as the roller core, the adhesive layer, the functional layer or, where this makes sense, a combination thereof.
  • alloy region is understood to mean a metallic bond between them obtained as a result of melting (with subsequent cooling) of at least two at least partially metallic materials, with the formation of a crystalline lattice.
  • the applied coating can form a metallic connection with the roll core of the drying cylinder.
  • the materials of the adhesive layer and of the roller core can be selected such that they form such an alloy region if they form with one another during the production of the coating as a result of melting by supplying heat after solidification.
  • the materials of the adhesive layer and the functional layer can be selected such that they do not form such an alloy area with one another.
  • a beam source is meant a source that emits coherent light or particles, such as electrons, which can be focused into a beam.
  • Radiation sources within the meaning of the invention are therefore lasers and electron beam sources.
  • Lasers of various types such as CO 2 lasers, HDPL (High Power Diode Laser) or DDL (Direct Diode Laser) or combinations thereof are possible.
  • the term laser cladding or a similar process is understood to mean a coating process by means of which it is possible to melt the surface to be coated - that is, the substrate - itself (at least close to the surface).
  • a high heat input is in the known thermal spray processes themselves, such as the flame, High-speed flame, arc, or plasma spraying, which leads to the melting of the substrate, is not possible.
  • a partial or partial melting in laser cladding can for example take place by supplying thermal energy to the substrate to be coated and can preferably be realized by radiation, such as laser radiation.
  • the material of the adhesive or functional layer is basically introduced into the beam path of the laser, melted and applied to the substrate.
  • the laser beam at least partially melts the surface of the substrate with regard to the radial thickness.
  • the advantage of this process if it is used primarily for heated or heatable drying cylinders, is that the service life of the drying cylinder can be extended.
  • the additional spray material for example the same material as that of the roller core (or a compatible material) - the wall thickness of an actually disused drying cylinder can be built up again by means of laser cladding.
  • the material of the roll core of the drying cylinder is at least partially a metal, for example steel or cast iron, then the additional injection molding material can be selected accordingly and also at least partially be such a metal.
  • the spray additive and the substrate in this case the roller core of the drying cylinder, are melted together, mix and, after they have cooled, form a type of weld bead (application layer) with one another.
  • the wall thickness of an old, used drying cylinder can be increased again so that it again meets the safety requirements for pressure vessels. Thereafter, this can in turn be coated according to the invention.
  • laser cladding implies the use of a laser as a beam source, the use of a beam source emitting an electron beam is also conceivable.
  • Another advantage of coating a drying cylinder according to the method according to the invention is that it is now possible to dispense with a highly explosive fuel in gaseous form, such as oxygen or hydrogen. Because both the substrate and the additional spray material are now melted using a laser beam. On the one hand, this can reduce the volume of the Coating process can be significantly reduced in contrast to the previously known thermal spray processes with burners. On the other hand, there are no longer any relatively high requirements for the extraction of the reaction gases or the residues of the spray additive material, because it is possible to work with comparatively lower output rates, so that less spray additive material can be conveyed per unit of time. As a result, less spray additive that is not melted gets into the drying device, so that the cleaning effort after such a coating can also be considerably reduced.
  • a highly explosive fuel in gaseous form such as oxygen or hydrogen.
  • the coating is successively produced when the entire outer surface of the drying cylinder is coated gradually, for example in a continuous spiral line. This is particularly the case when the area over which the heat input takes place is significantly smaller than the entire area of the drying cylinder to be coated. This is basically the case with the generic drying cylinders when they are used, for example, in a paper machine. This is because here the volume flow of spray additive material applied is less than the total width of the drying cylinder, viewed in the width direction.
  • the functional layer can be applied to an adhesive layer lying underneath in the radial direction.
  • the adhesive layer can then form an alloy area with the roller core with the roller core with a corresponding material pairing of roller core and adhesive layer.
  • the adhesive layer directly underneath, viewed in the radial direction can be at least partially melted, so that the functional layer and adhesive layer in turn form an alloy area with one another in the area of their transition.
  • the functional layer and / or the adhesive layer can be built up from a plurality of individual layers.
  • the spray additive for the production of the individual functional layers and / or adhesive layers can be selected from one another in such a way that the layers differ. In this way, coatings tailored to the desired application can be achieved.
  • the spray additive for producing the functional layer can at least partially be a metal or a technical ceramic, such as oxide ceramic.
  • the oxide ceramic contains metal oxides selected from chromium oxide (Cr 2 O 3 ), titanium oxide (TiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), silicon oxide (SiO 2 ), yttrium oxide (Y 2 O 3 ) or mixtures thereof. This enables a particularly abrasion-resistant coating to be specified.
  • the spray additive for producing the adhesive layer can at least partially be a metal and preferably a nickel-aluminum alloy, preferably with a mixing ratio of 95% nickel and 5% aluminum, each based on the weight of the mixture. This material or mixture ratio enables a particularly ductile reacting coating, which is important for the stated application of the invention.
  • the coating system can be assigned its own drive in order to drive the drying cylinder to be coated at least during the coating and preferably also during the preferably metal-cutting surface treatment at its installation position in the drying device. This has the advantage that coating can be carried out independently and without the existing drive of the drying cylinder. This can be important if the drying cylinder is to be coated with simultaneous maintenance of the drive of the drying device. This has the advantage that the drying cylinder does not have to be removed.
  • the coating installation can be assigned a device for surface treatment of the outer surface of the drying cylinder, preferably for removing an existing coating from the drying cylinder or for processing the coating produced according to the invention.
  • the advantage of this is that the said processing of the coating can easily take place in-situ in the drying device without the drying cylinder having to be removed from the drying device for this purpose.
  • the invention also relates to a coating installation and a system comprising a coating installation and drying device and a method for converting or manufacturing a drying device according to the independent claims.
  • the changeover takes place when the drying device is not in operation.
  • the system according to the invention comprising a coating installation and a drying device is produced by the conversion. If the retooling is reversed by removing the coating system from the drying device, the system of coating system and drying device is dissolved again.
  • the coating installation can thus remain within the drying device only temporarily and preferably for the duration of the coating or surface treatment. This is particularly simple and can be carried out with little effort if the coating system is designed to be detachable and connectable to the drying device.
  • the coating installation can comprise means in order to be releasably connectable to the drying device to be coated. These means can be set up such that the coating installation is in direct contact with the drying device, e.g. supported or attached to a component of the drying device, or indirectly e.g. over the floor on which the drying device is supported on the latter. These means can e.g. Be traverses on which the coating system is arranged displaceably along the longitudinal axis of the drying cylinder to be coated.
  • the present invention relates to a machine for producing and / or refining a fibrous web such as a paper, cardboard or tissue web, comprising a coating installation and a system of coating installation and drying device.
  • a machine for producing and / or refining a fibrous web such as a paper, cardboard or tissue web
  • a coating installation and a system of coating installation and drying device comprising a coating installation and a system of coating installation and drying device.
  • FIGS 1a and 1b show two embodiments of the invention in a schematic side view of an operating state of the drying device.
  • a part of a drying device of a machine for producing and / or refining a fibrous web F such as a paper, cardboard or tissue web, is shown.
  • the fibrous web F is formed in the machine, dewatered and then transferred to the drying device for drying and / or smoothing.
  • the drying cylinder 1 is designed as a Yankee cylinder.
  • the fibrous web F formed in the machine is transferred here to the drying device by a conveyor belt by means of a press roller 10 at a first take-off point.
  • the first take-off point is formed here by a press nip which the press roll 10 and the drying cylinder 1 form with one another.
  • the drying cylinder 1 is designed to be heated. He is also assigned a drying hood 11 to the Fibrous web F to dry additionally. After the fibrous web F has left the drying hood 11, it is removed from the drying cylinder 1 at a second removal point. This is done in this case by a creping doctor 12 which is pressed against the outer surface of the drying cylinder.
  • the creping doctor 12 is arranged behind the press roll 10 as seen in the direction of the fibrous web F through the drying device (or in the direction of rotation of the drying cylinder 1).
  • the creped fibrous web F is then wound up.
  • the fibrous web is in the viewing direction in Figure 1a thus always only within the wrapping area shown in dashed lines in direct contact with the rotating drying cylinder or its outer surface. In other words, the looping area is thus limited in the direction of rotation of the drying cylinder by the first take-off point and the second take-off point.
  • the fibrous web F is guided over several drying cylinders 1 arranged one behind the other in the running direction of the fibrous web F.
  • the latter are arranged parallel and spaced apart from one another with regard to their longitudinal axes.
  • the drying cylinders that are directly adjacent to one another are spaced apart from one another both horizontally and vertically.
  • the fibrous web F does not come into direct contact with the drying cylinders 1, but is carried by a covering (not shown).
  • the clothing rests directly on the respective drying cylinder 1.
  • the fibrous web F partially wraps around the respective drying cylinder 1 in a respective wrapping area (shown in dashed lines).
  • the drying device In order to coat the drying cylinder 1 without removing it from the drying device, it is coated in the drying device itself.
  • the drying device is in the non-operating state according to Figure 2b relocated and possibly converted for the first time for coating.
  • the drying device is provided with a coating system 13 for the conversion.
  • the latter is arranged at an installation position in the drying device that is outside the wrapping area of the fibrous web F in the operating state of the drying device - i.e. near the coating application area - here, therefore, below the drying cylinder 1 between the first two removal positions, namely the creping doctor 12 and the press roll 10. If the coating installation 13 is installed in the drying device at the point mentioned, the system according to the invention is achieved from both.
  • the coating system 13 can thus be built into existing drying devices at a later date. It can remain there permanently or only temporarily for the duration of the coating or a previous or subsequent surface treatment of the drying cylinder 1. In the latter case, it is advantageous if the coating system 13 can be detachably connected to the drying device by means. These means include, for example, the traverse 14 on which the coating system 13 is supported.
  • the traverse 14 can be supported on the drying device indirectly, for example via the floor on which the drying device stands.
  • the traverse 14 could, however, also be firmly, that is, non-detachably connected to the floor or the drying device, that is to say part of the drying device.
  • a device for surface processing 6 can also be assigned to the coating system 13. This is also provided in the area of the above-mentioned installation position of the coating system 13.
  • the former can be designed as a grinding machine and / or for blasting, such as shot peening of the drying cylinder 1.
  • the device 6 can Be releasably mounted on the drying device via appropriate means, such as the cross member 14 or via its own cross member (not shown).
  • the coating system 13 is built into the drying device at the point mentioned, neither the drying hood 11 nor the creping doctor 12 nor the press roller 10 have to be removed for coating. In other words, the usually free space that results outside of the wraparound area is provided for the installation of the coating system 13. This can therefore remain in place even when the drying device is in operation, since it does not affect the treatment of the fibrous web F by the drying device.
  • the system comprising the drying device and coating installation 13 can be dissolved again.
  • the coating system 13 is removed again from the drying device so that the in Fig. 2a The arrangement shown results.
  • Fig. 3 the coating system 13 is shown in a highly schematic plan view in detail.
  • the longitudinal axis of the drying cylinder 1 runs here in the plane of the drawing.
  • the drying cylinder 1 rotating about its longitudinal axis is suitably driven.
  • the coating installation 13 comprises an application device 7 which is mounted on the cross member 14 and which can be displaced back and forth relative to the drying cylinder 1 parallel to its longitudinal axis (see double arrow).
  • the latter comprises a material supply 8 that can be optionally switched on and off for supplying a spray additive (indicated by dotted lines), a jet 9 which is emitted by a beam source (not shown) into which the spray additive is introduced, and a protective gas supply (not shown) for supplying protective gas to the drying cylinder 1.
  • the application device 7 can be understood as a spray burner. In the present case, the spray additive is in the form of powder.
  • the entire surface of the drying cylinder 1 be coated successively, for example in a continuous spiral line.
  • the coating in other ways, e.g. B. in radial rings or axial strips.
  • several such application devices 7 could be arranged along the cross member 14 or the longitudinal axis of the drying cylinder 1 at a distance from one another. This could make the coating process much faster.
  • the application of protective gas is indicated here by the cone of the jet 9.
  • the protective gas can be used to entrain and / or accelerate the material such as the spray additive that is introduced into the beam path of the beam source for melting.
  • the spray additive material accelerated, partially or partially melted by means of protective gas is applied to the drying cylinder 1 to be coated, here, for example, the bare roller core 2 processed by means of the device 6 (see FIG Fig. 4 ) thrown. If the surface of the roller core 2 is also melted, the melted spray additive material also enters the melt of the roll core 2.
  • the application device 7 can be designed in such a way that protective gas, jet 9 and spray additive material emerge together, e.g. concentrically, from one and the same spray gun. In that case, the jet could be coupled into the spray burner so that at least the longitudinal axis of the jet and the main direction of application of the spray additive coincide.
  • the spray additive is thrown out of the application device 7 in the main application direction.
  • Both the main direction of application of the additional spray material and the direction of application of the jet 9 run counter to the direction of gravity in the view shown, the latter running here along a vertical line through the longitudinal axis of the drying cylinder 1.
  • the spray additive is applied from below - below the longitudinal axis / axis of rotation of the drying cylinder 1, against the force of gravity onto the drying cylinder 1.
  • the jet 9 and additional spray material from come in different directions, so that the direction of propagation of the jet 9 is at an angle to the main direction of application of the additional spray material.
  • the additional spray material can be brought tangentially to the outer surface of the drying cylinder 1, while the jet 9 still runs against gravity and thus at an angle to the main direction of application of the additional spray material.
  • FIG. 4 is a highly schematic sectional view of an embodiment of the present invention in a partial cross section perpendicular to the longitudinal axis through the drying cylinder 1 from FIG Fig. 1a or 1b shown.
  • the roll curvature has been disregarded.
  • the thickness of the individual layers of the roller 1 viewed in the radial direction, is not shown true to scale. It is only intended to symbolize the sequence of the layers.
  • the drying cylinder 1 shown in each case usually has a radially inner roller core 2 which can be made at least partially from a metal such as steel.
  • the coating 5 according to the invention is applied directly to the roller core 2 in the radial direction on its circumference. It comprises a functional layer 4. This can be applied directly to the roller core 2 or, as shown in dashed lines, arranged on at least one adhesive layer 3.
  • the adhesive layer 3 serves to promote adhesion between the roller core 2 and the layer following the next outward in the radial direction, here the functional layer 4.
  • the adhesive layer 3 is advantageously selected when the coating 5 is to have improved adhesion between the functional layer 4 and the roller core 2.
  • the functional layer 4 is applied to the at least one adhesive layer 3.
  • the entire, each according to the The coating 5 produced in the illustrated embodiment can be produced by means of the coating installation 6.

Landscapes

  • Coating Apparatus (AREA)

Description

  • Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Beschichtung eines Trockenzylinders einer Trockenvorrichtung, die Teil einer Maschine zur Herstellung und/oder Veredelung einer Faserstoffbahn wie einer Papier-, Karton- oder Tissuebahn sein kann.
  • Gattungsgemäße Trockenzylinder sind mit beschichteten Oberflächen ausgestattet. Ihnen kann eine Heizvorrichtung zugeordnet sein, mittels der die Trockenzylinder beheizbar sind, und vor allem zum Glätten und/oder Trocknen der in der Maschine zuvor hergestellten Faserstoffbahn dienen. Je nach Anwendungsfall unterliegen diese Trockenzylinder einerseits erheblicher Korrosion infolge der Umgebung, der diese ausgesetzt sind. Sie kommen direkt oder indirekt mit der Faserstoffbahn und den darin enthaltenen Zusätzen, wie Chemikalien in Kontakt, sind hohen Umgebungstemperaturen ausgesetzt und müssen eine überaus hohe Abriebsbeständigkeit aufweisen, da auf ihrem Außenumfang mittelbar oder unmittelbar die Faserstoffbahn beziehungsweise eine solche Faserstoffbahn führende Bespannung (z.B. Transportbänder) läuft.
  • In letzter Zeit setzen sich neue Verfahren zum Beschichten von Walzenkernen aus Stahl, Stahlguss oder Gusseisen, z.B. Gusseisen mit Lamellargraphit (GGL) durch, welche eine metallische, keramische oder Cermet-Spritzschicht mittels Verfahren wie HVOF- oder Flammspritzen auf dem Walzenkern ausbilden. Dieser Prozess sieht dabei vor, dass zur Herstellung der entsprechenden Schicht ein Werkstoff als Spritzzusatz, beispielsweise als Pulver, Draht oder in sonst geeigneter Form mittels Eintrags von thermischer Energie an- oder komplett aufgeschmolzen und auf den zu beschichtenden Walzenkern kinetisch beschleunigt wird. Der auftreffende Werkstoff kühlt ab, erstarrt und bildet eine mechanische wie formschlüssige Verbindung mit dem Walzenkern. Die Eigenschaften und Möglichkeiten der Spritzprozesse sind im Wesentlichen von dem Verhältnis der kinetischen zur thermischen Energie vorgegeben. Den Verfahren ist allen samt gemein, dass das darunterliegende Substrat, also z.B. der Walzenkern des Trockenzylinders nicht aufgeschmolzen wird.
  • Die bekannten Verfahren haben den Nachteil, dass für das Aufschmelzen und Beschleunigen des Spritzzusatzwerkstoffs Brennstoffe in Gasform, wie Sauerstoff und Wasserstoff nötig sind. Diese müssen in entsprechenden Tanks vorgehalten werden. Im Umgang mit diesen Stoffen besteht oft akute Explosionsgefahr. Die eingesetzten Spritzbrenner sind zudem im Betrieb, also während der Beschichtung sehr laut. Auch die durch die Verbrennung entstehenden Reaktionsgase müssen aufwendig abgesaugt werden. Alles in allem sind hohe Sicherheitsvorschriften hinsichtlich des Arbeitsschutzes und der Arbeitssicherheit für das Bedienpersonal derartiger Beschichtungsanlagen nötig, um Unfälle zu vermeiden. Zudem sind vergleichsweise hohe kinetische Drücke nötig, um den aufgeschmolzenen Spritzzusatzwerkstoff zu höheren Ausbringungsrate des Spritzzusatzwerkstoffs hin auf das zu beschichtende Substrat zu beschleunigen. D.h. es muss mehr Spritzzusatzwerkstoff pro Zeiteinheit gefördert werden. Eine höhere Zufuhrrate an Spritzzusatzwerkstoff bedingt also grundsätzlich mehr Spritzzusatzwerkstoff. Insbesondere muss hier eine leistungsmäßig höher dimensionierte Absaugung nicht aufgeschmolzener oder vom Substrat abgeprallter Partikel an Spritzzusatzwerkstoff erfolgen. Die erhöhte Ausbringungsrate zieht also wiederum gleichermaßen einen erhöhten Energieverbrauch nach sich. Zudem kommt, dass das thermische Spritzen aufgrund der schlechten Auftragseffizienz des Spritzzusatzwerkstoffs hinsichtlich der pro Beschichtungsgang (µm pro Hub) erzielbaren Schichtdicke und dem Prozentanteil des auf der Walze verbleibenden Spritzzusatzwerkstoffs kein ökonomisches und auch kein ökologisches Verfahren darstellt.
  • Ferner sind einerseits die herkömmlichen thermisch gespritzten Beschichtungen mit dem beschichteten Substrat, wie dem Trockenzylinder, lediglich mechanisch verklammert. Daher sind die so erhaltenen Beschichtungen infolge "nur" einer solchen Verklammerung nicht besonders korrosionsbeständig. Dies ist besonders kritisch beim Einsatz von Chemikalien, wie eingangs erläutert. Auch die bisher eingesetzten Werkstoffe der Beschichtungen erreichen zwar enorme eine Abriebsbeständigkeit, sind jedoch wenig duktil und vergleichsweise spröde. Die Beschichtungen können sich daher vom Substrat lösen. Andererseits mussten bisher ältere, an die Grenzen der Lebensdauer stoßende Trockenzylinder ausgemustert werden. Der Grund hierfür ist, dass die bestehende, verschlissene Beschichtung vor einer Wiederbeschichtung entfernt werden muss. Dazu wird der Trockenzylinder in der Regel bis auf den Walzenkern, auf dem die Beschichtung aufgebracht ist, heruntergeschliffen. Dadurch wird die Wandung derartiger Trockenzylinder von Beschichtung zu Beschichtung immer dünner. Besonders problematisch ist dies für mit Öl oder Dampf beheizte oder beheizbare Trockenzylinder. Denn für diese gelten in der Regel dieselben Sicherheitsvorschriften wie für Druckbehälter. Ein Unterschreiten der Wandungsstärke unterhalb eines Mindestwerts hat daher oft die Ausmusterung derartiger Trockenzylinder zur Folge. Mit den bisherigen thermisch gespritzten Beschichtungen konnte aufgrund der vergleichsweise hohen Sprödigkeit dieser eine Ausmusterung der Trockenzylinder nicht verhindert werden.
  • EP 1 770 209 A1 betrifft das Auftragen und Abrakeln eines Kreppmediums genannt Beschichtung auf einen Trockenzylinder gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 8.
  • WO 2016/071299 A1 beschreibt die Ausbringung eines Spritzzusatzwerkstoffs durch Aufschmelzen mittels Laserquelle auf eine Zylinderoberfläche.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft derartige gattungsgemäße Gegenstände.
  • Es ist dementsprechend Aufgabe der Erfindung, ein alternatives Verfahren zur Beschichtung eines Trockenzylinders anzugeben, das insbesondere die Nachteile konventioneller, thermisch gespritzter Beschichtungen vermeidet.
  • Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Beschichtung eines Trockenzylinders mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgt die Beschichtung innerhalb der Trockenvorrichtung selbst. Dies bedeutet, dass der Trockenzylinder innerhalb der Begrenzung der Trockenvorrichtung (z.B. innerhalb dessen Gehäuses) selbst, also ohne diesen aus der Trockenvorrichtung herausnehmen zu müssen, in der Trockenvorrichtung (wieder-) beschichtet wird. Dabei erfolgt die Beschichtung des Trockenzylinders bevorzugt in einem Nicht-Betriebszustand der Trockenvorrichtung. Dies kann z.B. dadurch erreicht werden, dass die dazu nötige Beschichtungsanlage ebenfalls zumindest temporär innerhalb der Begrenzung der Trockenvorrichtung angeordnet ist oder in eine solche Position bringbar ist. Anders ausgedrückt besteht dann zumindest temporär ein System aus einer Trockenvorrichtung und der Beschichtungsanlage.
  • Wenn gemäß der vorliegenden Erfindung die Rede davon ist, dass das Aufschmelzen zumindest des ausgebrachten Spritzzusatzwerkstoff mittels eines Strahls erfolgt, dann ist damit gemeint, dass der Strahl - im Sinne eines Laserspritzens - einerseits nur den Spritzzusatzwerkstoff aufzuschmelzen vermag oder andererseits, dass die Strahlquelle derart eingerichtet ist, dass der Strahl - im Sinne des Lasercladdings - neben dem Spritzzusatzwerkstoff auch gleichzeitig das zu beschichtenden Substrat, also z.B. die Mantelfläche den des zu beschichtenden Trockenzylinder bzw. den Walzenkörper aufzuschmelzen vermag. Die Strahlquelle kann hierzu z.B. hinsichtlich ihrer Leistung (z.B. Streckenenergie), Strahlgeometrie, oder Fokussierung des Strahls entsprechend einstellbar sein. Anders ausgedrückt könnte man im Falle des Lasercladdings unter nachfolgenden Voraussetzungen auch sagen: Sind das zu beschichtende Substrat, z.B. der Walzenkörper (bzw. die Mantelfläche des zu beschichtenden Trockenzylinders) und die darauf aufzubringenden Beschichtung wenigstens teilweise aus einem Metall, dann können diese infolge des Lasercladdings eine Legierung bilden: Denn die Energie oder Leistung der Strahlquelle kann so bemessen sein, dass die Temperatur der Schmelze aus beiden aufgeschmolzenen Metalle oberhalb der höchsten auftretenden Temperatur der Liquiduslinie in einem Zustandsdiagramm einer aus diesen beiden Metallen zu bildenden Legierung liegt.
  • Eine Strahlquelle ist für das Lasercladding eingerichtet ist, wenn sie im Stande ist die Mantelfläche, z.B den Walzenkern, die darauf angeordnete Haft- oder Funktionsschicht bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Beschichtung teilweise aufzuschmelzen.
  • Mit Ausbreitungsrichtung ist die räumliche Richtung des Strahls, die von der Strahlquelle weg hin auf die zu beschichtende Mantelfläche verläuft, gemeint. Sie kann durch räumliche Vektoren in einem z.B. kartesischen Koordinatensystem beschrieben werden. Falls der Strahl nach dem Verlassen der Strahlquelle in Richtung auf die zu beschichtende Mantelfläche umgelenkt wird, dann ist unter dem Begriff Ausbreitungsrichtung der tatsächlich zurückgelegte Weg (Strahlengang) des Strahls gemeint.
  • Die Trockenvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung trocknet und/oder glättet im bestimmungsgemäßen Betrieb (Betriebszustand) eine Faserstoffbahn. Sie kann Teil einer eingangs genannten Maschine zur Herstellung und/oder Veredelung einer Faserstoffbahn wie einer Papier-, Karton- oder Tissuebahn sein. Dazu weist sie zumindest einen Trockenzylinder auf. Bevorzugt ist eine Mehrzahl Trockenzylindern vorgesehen. Diese sind in Laufrichtung der zu trocknenden und/der zu glättenden, durch sie verlaufenden Faserstoffbahn hinsichtlich ihrer Längsachsen parallel zueinander beabstandet angeordneten. Im letztgenannten Fall umschlingt die Faserstoffbahn jeweils abwechselnd in Laufrichtung gesehen jeden einzelnen Trockenzylinder in einem entsprechenden Umschlingungsbereich.
  • Im bestimmungsgemäßen Betrieb ist also der zumindest eine Trockenzylinder von der Faserstoffbahn wenigstens teilweise umschlungen. Unter Trockenzylinder im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein beheizbarer oder beheizter Trockenzylinder, wie Yankee-Zylinder gemeint. Unter den Begriff Trockenzylinder kann jedoch auch eine Kalanderwalze fallen. Ein fabrikneuer, erstmalig hergestellter Trockenzylinder weist in der Regel einen Walzenkern und eine unmittelbar darauf aufgebrachte Beschichtung auf. Die Beschichtung verschleißt mit der Zeit, sodass eine Wiederbeschichtung nötig wird. Wenn gemäß der Erfindung also von Trockenzylinder die Rede ist, ist damit stets ein Trockenzylinder mit einem Walzenkern und einer (neuen oder bestehenden, z.B. teilweise verschlissenen) Beschichtung gemeint. Derartige Trockenzylinder zur Behandlung einer Faserstoffbahn messen sowohl in Länge als auch im Durchmesser mehrere Meter.
  • In einem Nicht-Betriebszustand der Trockenvorrichtung, also bei Außerbetriebnahme der Trockenvorrichtung beispielsweise mit dem Ziel der Wartung, ist eine Trocknung und/oder Glättung der Faserstoffbahn nicht möglich. Die Faserstoffbahn wird nicht mehr um den Trockenzylinder herum geführt und umschlingt diesen nicht mehr. Die erfindungsgemäße Beschichtung des Trockenzylinders wird im Nicht-Betriebszustand der Trockenvorrichtung durchgeführt. In diesem Zustand weist die erfindungsgemäße Beschichtungsanlage ihren bestimmungsgemäßen Zustand (Betriebszustand der Beschichtungsanlage) auf. Hingegen befindet sich die Beschichtungsanlage ihrerseits in einem Nicht-Betriebszustand, wenn die Trockenvorrichtung sich in ihrem Betriebszustand befindet. Beschichtungsanlage und Trockenvorrichtung werden jeweils in ihrem bestimmungsgemäßen Betrieb gesehen somit gegenläufig zueinander betrieben.
  • Im Umschlingungsbereich steht die Faserstoffbahn während des Betriebszustands der Trockenvorrichtung direkt oder indirekt (z.B. über eine Bespannung) in Kontakt mit dem Trockenzylinder. Die Faserstoffbahn läuft in derselben Drehrichtung des um dessen Längsachse drehangetriebenen Trockenzylinders zusammen mit diesem um. Bei der erfindungsgemäßen Trockenvorrichtung ist der Umschlingungsbereich jener Abschnitt des Kreisbogens des Trockenzylinders - jeweils ausgehend von einem ruhenden Betrachter der in Seitenansicht auf die Drehachse des Trockenzylinders schaut - der von der Faserstoffbahn (wenigstens teilweise) umschlungen wird. Der Umschlingungsbereich kann von zwei Abnahmestellen, an denen die Faserstoffbahn im bestimmungsgemäßem Betrieb des Trockenzylinders einerseits auf den Trockenzylinder aufgegeben und andererseits wieder von ihm abgenommen wird, begrenzt werden. Die wenigstens eine Abnahmestelle kann von einem Pressnip gebildet werden, die eine Presswalze und der Trockenzylinder miteinander ausbilden. Eine der beiden Abnahmestellen kann auch durch einen Kreppschaber gebildet werden, der an die Mantelfläche des Trockenzylinders - bei Ausbildung des Trockenzylinders als Yankee-Zylinder - gedrückt wird, um die Faserstoffbahn von dem Trockenzylinder abzunehmen (zu kreppen).
  • Ein sich außerhalb des Umschlingungsbereichs der Faserstoffbahn befindlicher Bereich des Trockenzylinders wird nachfolgend auch Beschichtungausbringungsbereich genannt. Im Beschichtungausbringungsbereich ist die Faserstoffbahn nicht im Kontakt mit dem Trockenzylinder. Es ist - in Draufsicht auf die Längsachse des Trockenzylinders gesehen - z.B. jener verbleibende Teil des Kreisbogens des Trockenzylinders, der sich bevorzugt nach Abzug des durch den Umschlingungsbereich begrenzten Teilkreisbogens vom Vollkreis des Trockenzylinders ergibt, jeweils in der genannten Seitenansicht gesehen. Zum Beispiel kann der Beschichtungausbringungsbereich jener Bereich sein, der dem Kreisbogen entspricht, der in Drehrichtung des Trockenzylinders gesehen von der Faserstoffbahn überstrichen wird. Dies ist in der Regel - in der genannten Draufsicht gesehen - der Kreisbogen, der in Drehrichtung des Trockenzylinders zwischen den beiden oben genannten Abnahmestellen (Pressnip und Kreppschaber) aufgespannt wird. Die Faserstoffbahn wird ihrer Länge nach durch die Trockenvorrichtung geführt wird. Sie stützt sich über ihrer gesamten Breite im Umschlingungsbereich am Trockenzylinder ab. Ausgehend hiervon entspricht gemäß der vorgenannten Draufsicht eines stehenden Betrachters auf die Längsachse des Trockenzylinders der Umschlingungsbereich folglich - in Umfangsrichtung gesehen - einem Teil der vollen Mantelfläche des Trockenzylinders. Hingegen entspricht der Beschichtungausbringungsbereich der Differenz des Teils der vom Umschlingungsbereich aufgespannten Mantelfläche von der vollen Mantelfläche des Trockenzylinders. Der Beschichtungausbringungsbereich ist auch jener räumliche Bereich, auf den der Strahl im bestimmungsgemäßen Betrieb der Beschichtungsanlage gerichtet ist bzw. mit diese die erfindungsgemäße Beschichtung auf den Trockenzylinder aufgebracht wird. Durch diese Anordnung der Beschichtungsanlage innerhalb der Trockenvorrichtung ergibt sich der Vorteil, dass die Beschichtungsanlage auch in ihrem Nicht-Betriebszustand (also im Betriebszustand der Trockenvorrichtung) innerhalb der Trockenvorrichtung verbleiben kann, ohne dass sie die Behandlung der Faserstoffbahn stört. Hierdurch entfallen entsprechende Umbauarbeiten, welche zu einem Stillstand der Trockenvorrichtung führen würden, wodurch die Betriebskosten der Trockenvorrichtung reduziert werden. Andererseits ist für eine spätere Wiederbeschichtung die Beschichtungsanlage wieder sofort einsetzbar.
  • Unter einer Faserstoffbahn im Sinne der Erfindung ist ein Gelege bzw. Gewirre von Fasern, wie Cellulosefasern, Kunststofffasern, Glasfasern, Kohlenstofffasern, Zusatzstoffen, Additiven oder dergleichen zu verstehen. So kann die Faserstoffbahn beispielsweise als Papier-, Karton- oder Tissuebahn ausgebildet sein. Sie kann im Wesentlichen Cellulosefasern umfassen, wobei geringe Mengen anderer Fasern oder auch Zusatzstoffe und Additive vorhanden sein können. Dies bleibt je nach Einsatzfall dem Fachmann überlassen.
  • Die erfindungsgemäße Beschichtung ist bevorzugt dauerhaft ausgeführt. Eine dauerhafte Beschichtung im Sinne der Erfindung ist eine im Betriebszustand der Trockenvorrichtung im festen Zustand (erstarrte) und bevorzugt einteilig mit dem Trockenzylinder ausgeführte Beschichtung. Nicht unter den Begriff dauerhaft fallen somit im Betriebszustand der Trockenvorrichtung in flüssiger oder pastöser Form, nicht einteilig mit dem Trockenzylinder (dauerhaft) verbundene temporäre Beschichtungen wie Anstriche, Lasuren oder Lacke, die z.B. durch chemische Bindung an dem Trockenzylinder (temporär) haften. Vielmehr ergibt sich erfindungsgemäß infolge des Lasercladding eine stoffschlüssige Verbindung (Legierung) zwischen Trockenzylinder bzw. dessen Walzenkern und der Beschichtung. Dauerhaft bedeutet auch, dass die Beschichtung über deren Lebensdauer im Betriebszustand der Trockenvorrichtung gesehen fest mit dem Trockenzylinder bzw. dessen Walzenkern verbunden bleibt, und das über eine Vielzahl von Umdrehungen des Trockenzylinders. Dauerhaft bedeutet also, dass über die Lebensdauer gesehen nicht nach jeder vollen Umdrehung des Trockenzylinders die Beschichtung neu aufgebracht werden muss. Die Beschichtung kann derart ausgewählt sein, dass sie eine derart verhältnismäßig hohe Abriebsbeständigkeit gegen mit ihr in Reibschluss tretende Gegenstände, wie die Faserstoffbahn, eine die Faserstoffbahn tragende Bespannung oder ein an der Mantelfläche des Trockenzylinders anliegender Reinigungs- oder Kreppschaber aufweist. Die Abriebsbeständigkeit kann so hoch gewählt sein, dass im bestimmungsgemäßem Betriebszustand der Trockenvorrichtung mit der Beschichtung des Trockenzylinders eine Lebensdauer von mehreren hundert Stunden erzielt wird. Und dies ohne, dass die Beschichtung erneuert werden muss.
  • Das erfindungsgemäße Beschichten erfolgt innerhalb der Trockenvorrichtung, also in-situ. Letzteres kann bedeuten, dass die Beschichtung des Trockenzylinders bevorzugt innerhalb der geometrischen Begrenzung der Trockenvorrichtung, innerhalb der Gehäusewandung der Trockenvorrichtung erfolgt. Eine erfindungsgemäße Beschichtungsanlage ist z.B. entsprechend innerhalb der Gehäusewandung der Trockenvorrichtung untergebracht. Dies hat den Vorteil, dass der Trockenzylinder zu dessen Wiederbeschichtung nicht aus der Trockenvorrichtung ausgebaut werden muss. Er verbleibt vielmehr an seinem Platz, den er im Betriebszustand der Trockenvorrichtung ohnehin einnimmt.
  • Unter Werkstoff im Sinne der vorliegenden Erfindung wird grundsätzlich das Ausgangsmaterial, aus dem die Beschichtung, z.B. die Haft- oder Funktionsschicht hergestellt werden soll, verstanden. Dabei ist unter Spritzzusatzwerkstoff jenes Ausgangsmaterial gemeint, das zum Zwecke der Herstellung der entsprechenden Schicht auf das zu beschichtende Substrat (hier den Walzenkern bzw. die Mantelfläche des Trockenzylinders) aufgebracht wird.
  • Mit Hauptausbringungsrichtung des Spritzzusatzwerkstoffs ist jene Richtung gemeint, welche der (statistisch am häufigsten auftretenden) Hauptbewegungskomponente des der Mantelfläche des Trockenzylinders zugeführten Spritzzusatzwerkstoffs entspricht. Im Falle von Pulvern ist es die vorherrschende Richtung des Großteils der Teilchen des Spritzzusatzwerkstoffs bei für die Spritztechnik üblichen Spritzbrennern zum erfindungsgemäßen Laser- oder Elektronenstrahlbeschichten, die entsprechend bekannte räumliche Verteilungen der aus ihnen ausgebrachten Teilchen aufweisen. Die Hauptbewegungskomponente eines so beschleunigten Teilchens an Spritzzusatzwerkstoff ist in einem kartesischen Koordinatensystem jene der drei räumlichen Bewegungskomponenten des Teilchens, die den größten Betrag aufweist.
  • Der Begriff "im Wesentlichen entgegen der Schwerkraft" soll heißen, dass die Ausbreitungsrichtung des Strahls und/oder die Hauptausbringungsrichtung des Spritzzusatzwerkstoffs derart gewählt ist/sind, dass sie der Schwerkraftrichtung entgegengesetzt ist/sind, auch hinsichtlich nur einer Bewegungskomponente. Letzteres bedeutet, dass der kleinste Winkel, z.B. der von Ausbreitungsrichtung des Strahls und/oder Hauptausbringungsrichtung und Schwerkraftrichtung eingeschlossen wird, zwischen 0° und ≤ 90° bevorzugt zwischen 0° und 45° beträgt. Anders ausgedrückt bedeutet dies, dass zwei jeweils in z.B. Hauptausbringungsrichtung und Schwerkraftrichtung verlaufende Geraden ein kleinsten Winkel zwischen sich einschließen, der zwischen 0° und kleiner 90° bzw. 0° und 45° liegt, bei jeweils gegenläufigen Richtungen von Hauptausbringungsrichtung und Schwerkraftrichtung gesehen. Gleiches gilt für die Ausbreitungsrichtung des Strahls entsprechend. Bezogen auf die Beschichtungsanlage kann diese relativ zu der Trockenvorrichtung derart angeordnet oder eingerichtet sein, dass diese in ihrer für den Betrieb der Beschichtungsanlage vorgesehenen Einbauposition (Einbaulage) den Spritzzusatzwerkstoff in Hauptausbringungsrichtung auf den genannten Beschichtungsbereich beschleunigt. Anders umschrieben bedeutet der erfindungsgemäße Begriff, dass der Strahl (in seiner Verlängerung in Ausbreitungsrichtung) und/oder der Spritzzusatzwerkstoff stets unterhalb der Drehachse des Trockenzylinders auf die Mantelfläche desselben auftrifft/auftreffen.
  • Mit dem Begriff Funktionsschicht im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine Schicht gemeint, welche direkt mit der Faserstoffbahn oder indirekt, beispielsweise über eine zwischen Faserstoffbahn und Funktionsschicht liegende Transportbänder, wie auf ihnen umlaufende Bespannungen oder Siebe, in Kontakt kommt. Die Funktionsschicht weist damit Eigenschaften auf, die besonders Korrosion und Abrieb in höchstem Maße vermindern.
  • Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter Haftschicht eine Schicht verstanden, welche der Haftvermittlung zwischen einerseits dem Walzenkern und einer Funktionsschicht dient.
  • Damit sind sowohl Haftschicht als auch Funktionsschicht Teil der auf den Trockenzylinder aufgebrachten, bevorzugt dauerhaften im Festzustand vorliegenden Beschichtung, die bei der Herstellung sukzessive auf den Walzenkern aufgebracht wird. Funktions- und/oder Haftschicht können dabei aus einer Mehrzahl von Einzelschichten aufgebaut sein.
  • Grundsätzlich wird im Sinne der Erfindung unter Substrat - je nach Stadium der hergestellten Beschichtung - bevorzugt das radial äußerste, unmittelbar zu beschichtende Material, wie der Walzenkern, die Haftschicht, die Funktionsschicht oder wo dies Sinn macht, eine Kombination hiervon verstanden.
  • Bei dem Begriff Legierungsbereich wird eine infolge des Aufschmelzens (mit anschließendem Abkühlen) zumindest zweier wenigstens teilweise metallischer Werkstoffe erhaltene metallische Bindung zwischen diesen unter Ausbildung eines kristallischen Gitters verstanden. Beispielsweise kann die aufgebrachte Beschichtung eine metallische Verbindung mit dem Walzenkern des Trockenzylinders bilden. Ferner können die Werkstoffe der Haftschicht und des Walzenkerns so ausgewählt sein, dass sie einen solchen Legierungsbereich bilden, wenn sie bei der Herstellung der Beschichtung infolge von Aufschmelzen durch Wärmezufuhr nach dem Erstarren miteinander bilden. Grundsätzlich können die Werkstoffe der Haftschicht und der Funktionsschicht derart gewählt sein, dass diese keinen solchen Legierungsbereich miteinander ausbilden.
  • Mit Strahlquelle ist eine Quelle gemeint, die kohärentes Licht oder Teilchen, wie Elektronen, emittiert, welches/welche zu einem Strahlenbündel fokussiert werden kann/können. Strahlenquellen im Sinne der Erfindung sind damit Laser und Elektronenstrahlquellen. Laser verschiedener Typen wie CO2-Laser, HDPL (High Power Diode Laser) oder DDL (Direct Diode Laser) oder Kombinationen hiervon sind möglich.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff Lasercladding oder einem diesen gleich kommenden Verfahren ein Beschichtungsverfahren verstanden, mittels welchem es möglich ist die zu beschichtende Oberfläche - also das Substrat - selbst (zumindest oberflächennah) anzuschmelzen. Ein solch hoher Wärmeintrag ist bei den bekannten thermischen Spritzverfahren selbst, wie beispielsweise dem Flamm-, Hochgeschwindigkeitsflamm-, Lichtbogen-, oder Plasmaspritzen, der zur An- oder Aufschmelzung des Substrats führt, nicht möglich. Ein An- oder Aufschmelzen beim Lasercladding kann beispielsweise durch Zufuhr von thermischer Energie zu dem zu beschichtenden Substrat erfolgen und kann bevorzugt durch Strahlung, wie Laserstrahlung verwirklicht werden. So wird grundsätzlich beim Lasercladding in den Strahlengang des Lasers der Werkstoff der Haft- oder Funktionsschicht (Spritzzusatzwerkstoff) eingebracht, aufgeschmolzen und auf das Substrat aufgebracht. Gleichzeitig schmilzt der Laserstrahl die Oberfläche des Substrats hinsichtlich der radialen Dicke zumindest teilweise an. Der Vorteil dieses Verfahrens ist, wenn es vor allem für beheizte oder beheizbare Trockenzylinder eingesetzt wird, dass die Lebensdauer des Trockenzylinders verlängert werden kann. Denn mittels des Lasercladdings kann bei entsprechender Wahl des Spritzzusatzwerkstoffs - z.B. das gleiche Material wie das des Walzenkerns (oder ein dazu kompatibles Material) - die Wandstärke eines eigentlich ausgedienten Trockenzylinders wieder aufgebaut werden. Ist z.B. der Werkstoff des Walzenkerns des Trockenzylinders zumindest teilweise ein Metall z.B. Stahl oder Gusseisen, so kann der Spritzusatzwerkstoff entsprechend gewählt sein und auch zumindest teilweise ein solches Metall sein. Der Spritzzusatzstoff und das Substrat, hier der Walzenkern des Trockenzylinders, werden zusammen aufgeschmolzen, vermischen sich und bilden nach deren Abkühlung eine Art Schweißraupe (Auftragslage) miteinander aus. So kann die Wanddicke eines alten, benutzten Trockenzylinders wieder gesteigert werden, sodass dieser wieder den Sicherheitsanforderungen an Druckbehälter entspricht. Hiernach kann dieser wiederum entsprechend gemäß der Erfindung beschichtet werden. Obwohl der Begriff Lasercladding den Einsatz eines Lasers als Strahlquelle impliziert, ist auch die Verwendung eines einen Elektronenstrahls emittierenden Strahlquelle denkbar.
  • Ein weiterer Vorteil der Beschichtung eines Trockenzylinders gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ist, dass nunmehr auf einen hochexplosiven Brennstoffs in Gasform, wie Sauerstoff oder Wasserstoff, verzichtet werden kann. Denn sowohl das Aufschmelzen des Substrats als auch des Spritzzusatzwerkstoffs erfolgt nun alternativ mittels Laserstrahl. Dadurch kann einerseits die Lautstärke des Beschichtungsverfahrens im Gegensatz zu den bisherigen bekannten thermischen Spritzverfahren mit Brennern erheblich reduziert werden. Andererseits sind keine verhältnismäßig hohen Anforderungen an die Absaugung der Reaktionsgase sowie der Überreste des Spritzzusatzwerkstoffs mehr erforderlich, denn es kann mit vergleichsweise niedrigeren Ausbringungsraten gearbeitet werden, sodass weniger Spritzzusatzwerkstoff pro Zeiteinheit gefördert werden kann. Somit gelangt weniger Spritzzusatzwerkstoff, der nicht aufgeschmolzen wird, in die Trockenvorrichtung, sodass auch der Reinigungsaufwand nach einer solchen Beschichtung erheblich reduziert werden kann.
  • Eine sukzessive Herstellung der Beschichtung erfolgt dann, wenn die gesamte Mantelfläche des Trockenzylinders nach und nach, beispielsweise in einer kontinuierlichen Spirallinie beschichtet wird. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Fläche, über die der Wärmeeintrag erfolgt, deutlich kleiner ist, als die gesamte zu beschichtende Fläche des Trockenzylinders. Dies ist bei den gattungsgemäßen Trockenzylindern, wenn sie beispielsweise in einer Papiermaschine eingesetzt werden, grundsätzlich der Fall. Denn hier ist der ausgebrachte Spritzzusatzwerkstoffvolumenstrom in Breitenrichtung gesehen geringer als die Gesamtbreite des Trockenzylinders.
  • Zur Verbesserung der Haftung der Funktionsschicht auf dem Walzenkern des Trockenzylinders kann gemäß einer Ausführungsform die Funktionsschicht auf eine in Radialrichtung darunterliegende Haftschicht aufgebracht werden. Die Haftschicht kann dann mit dem Walzenkern bei entsprechender Werkstoffpaarung von Walzenkern und Haftschicht einen Legierungsbereich mit dem Walzenkern ausbilden. Andererseits kann bei der anschließenden Herstellung der Funktionsschicht die in Radialrichtung gesehen unmittelbar darunterliegende Haftschicht wenigstens teilweise aufgeschmolzen werden, sodass Funktionsschicht und Haftschicht im Bereich ihres Übergangs wiederum miteinander einen Legierungsbereich ausbilden.
  • Die Funktionsschicht und/oder die Haftschicht können aus einer Mehrzahl von Einzelschichten aufgebaut sein. Der Spritzzusatzwerkstoff zur Herstellung der einzelnen Funktionsschichten und/oder Haftschichten kann untereinander derart ausgewählt sein, dass sich die Schichten unterscheiden. Dadurch können besonders auf den gewünschten Anwendungsfall zugeschnittene Beschichtungen erzielt werden.
  • Der Spritzzusatzwerkstoff zur Herstellung der Funktionsschicht kann zumindest teilweise ein Metall oder eine technische Keramik, wie Oxidkeramik sein. Die Oxidkeramik enthält Metalloxide, die ausgewählt sind aus Chromoxid (Cr2O3), Titanoxid (TiO2), Aluminiumoxid (Al2O3), Zirkoniumoxid (ZrO2), Siliziumoxid (SiO2), Yttriumoxid (Y2O3) oder Mischungen daraus. Dadurch kann eine besonders abrasionsbeständige Beschichtung angegeben werden.
  • Der Spritzzusatzwerkstoff zur Herstellung der Haftschicht kann zumindest teilweise ein Metall und bevorzugt eine Nickel-Aluminium-Legierung sein, bevorzugt mit einem Mischungsverhältnis von 95% Nickel und 5% Aluminium, jeweils bezogen auf das Gewicht der Mischung. Dieser Werkstoff bzw. Mischungsverhältnis ermöglicht eine besonders duktil reagierende Beschichtung, was für den genannten Anwendungszweck der Erfindung wichtig ist.
  • Der Beschichtungsanlage kann ein eigener Antrieb zugeordnet sein, um den zu beschichtenden Trockenzylinder zumindest während der Beschichtung und bevorzugt auch während der bevorzugt spanenden Oberflächenbearbeitung an seiner Einbauposition in der Trockenvorrichtung drehanzutreiben. Dies hat den Vorteil, dass eine Beschichtung autark und ohne den bestehenden Antrieb des Trockenzylinders erfolgen kann. Dies kann dann wichtig sein, wenn die Beschichtung des Trockenzylinders bei gleichzeitiger Wartung des Antriebs der Trockenvorrichtung erfolgen soll. Dies hat den Vorteil, dass der Trockenzylinder nicht ausgebaut werden muss.
  • Der Beschichtungsanlage kann eine Einrichtung zur Oberflächenbearbeitung der Mantelfläche des Trockenzylinders, bevorzugt zum Entfernen einer bestehenden Beschichtung des Trockenzylinders oder zum Bearbeiten der erfindungsgemäß hergestellten Beschichtung, zugeordnet sein. Der Vorteil hiervon ist, dass auch die genannte Bearbeitung der Beschichtung leicht in-situ in der Trockenvorrichtung erfolgen kann, ohne dass der Trockenzylinder hierzu aus der Trockenvorrichtung entfernt werden muss.
  • Ferner betrifft die Erfindung eine Beschichtungsanlage sowie ein System aus Beschichtungsanlage und Trockenvorrichtung und ein Verfahren zum Umrüsten oder Herstellen einer Trockenvorrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Das Umrüsten erfolgt dabei im Nicht-Betriebszustand der Trockenvorrichtung. Durch das Umrüsten wird das erfindungsgemäße System aus Beschichtungsanlage und Trockenvorrichtung hergestellt. Wird das Umrüsten durch Entfernen der Beschichtungsanlage aus der Trockenvorrichtung rückgängig gemacht, so wird das System aus Beschichtungsanlage und Trockenvorrichtung wieder aufgelöst. Die Beschichtungsanlage kann damit lediglich temporär und bevorzugt für die Dauer der Beschichtung bzw. Oberflächenbehandlung innerhalb der Trockenvorrichtung verbleiben. Dies ist besonders einfach und mit wenig Aufwand durchführbar, wenn die Beschichtungsanlage lösbar mit der Trockenvorrichtung verbindbar ausgeführt ist. Dazu kann gemäß einer Ausführungsform die Beschichtungsanlage Mittel umfassen, um lösbar mit der zu beschichtenden Trockenvorrichtung verbindbar zu sein. Diese Mittel können derart eingerichtet sein, dass die Beschichtungsanlage im direkten Kontakt mit der Trockenvorrichtung, z.B. an einem Bauteil der Trockenvorrichtung abgestützt oder befestigt ist, oder sich indirekt z.B. über den Boden, auf dem die Trockenvorrichtung steht an letzterer abstützt. Diese Mittel können z.B. Traversen sein, auf denen die Beschichtungsanlage entlang der Längsachse des zu beschichtenden Trockenzylinders verschiebbar angeordnet ist.
  • Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung eine Maschine zur Herstellung und/oder Veredelung einer Faserstoffbahn wie einer Papier-, Karton- oder Tissuebahn umfassend eine Beschichtungsanlage sowie ein System aus Beschichtungsanlage und Trockenvorrichtung. Diese Maschine wird jedoch nicht von den Patentansprüchen erfasst.
  • Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ohne Einschränkung der Allgemeinheit näher beschrieben. In den Figuren zeigen:
    • Fig. 1a und 1b
    eine stark schematisierte Darstellung zweier für die Erfindung geeigneter Trockenvorrichtungen in Seitenansicht, deren Trockenzylinder beschichtet werden können;
    Fig. 2a und 2b
    eine Weiterbildung der Ausführungsform des Gegenstand der Fig. 1a;
    Fig. 3
    eine stark schematisierte Draufsicht auf ein System aus Trockenvorrichtung und Beschichtungsanlage;
    Fig. 4
    eine Ausführungsform in einer stark schematisierten, geschnittenen Ansicht durch eine erfindungsgemäße Beschichtung.
  • Fig. 1a und 1b zeigen zwei Ausführungsformen der Erfindung in einer schematischen Seitenansicht eines Betriebszustands der Trockenvorrichtung. In beiden Figuren ist jeweils ein Teil einer Trockenvorrichtung einer Maschine zur Herstellung und/oder Veredelung einer Faserstoffbahn F, wie einer Papier-, Karton- oder Tissuebahn, dargestellt. In beiden Fällen wird die Faserstoffbahn F in der Maschine formiert, entwässert und zu deren Trocknung und/oder Glättung anschließend an die Trockenvorrichtung übergeben.
  • In Fig. 1a ist der Trockenzylinder 1 als Yankee-Zylinder ausgeführt. Die in der Maschine formierte Faserstoffbahn F wird hier von einem Transportband mittels einer Presswalze 10 an einer ersten Abnahmestelle an die Trockenvorrichtung übergeben. Die erste Abnahmestelle wird hier durch einen Pressnip gebildet, den die Presswalze 10 und der Trockenzylinder 1 miteinander ausbilden. Der Trockenzylinder 1 ist beheizt ausgeführt. Ferner ist ihm eine Trockenhaube 11 zugeordnet, um die Faserstoffbahn F zusätzlich zu trocknen. Nachdem die Faserstoffbahn F die Trockenhaube 11 verlassen hat, wird sie an einer zweiten Abnahmestelle vom Trockenzylinder 1 abgenommen. Dies erfolgt durch in diesem Fall durch einen Kreppschaber 12, der an die Mantelfläche des Trockenzylinders gedrückt wird. Der Kreppschaber 12 ist in Laufrichtung der Faserstoffbahn F durch die Trockenvorrichtung (bzw. in Drehrichtung der Trockenzylinders 1) gesehen hinter der Presswalze 10 angeordnet. In der weiteren Folge wird die gekreppte Faserstoffbahn F aufgewickelt. Die Faserstoffbahn ist in der Blickrichtung in Figur 1a somit stets nur innerhalb des gestrichelt dargestellten Umschlingungsbereichs in direktem Kontakt mit dem sich drehenden Trockenzylinder bzw. seiner Mantelfläche. Anders ausgedrückt wird der Umschlingungsbereich somit in Drehrichtung des Trockenzylinders von der ersten Abnahmestelle und der zweiten Abnahmestelle begrenzt.
  • Gemäß der Fig. 1b wird die Faserstoffbahn F über mehrere, in Laufrichtung der Faserstoffbahn F hintereinander angeordnete Trockenzylinder 1 geführt. Letztere sind hinsichtlich ihrer Längsachsen parallel und beanstandet zueinander angeordnet. Im vorliegenden Fall sind die direkt zueinander benachbarten Trockenzylinder horizontal als auch vertikal voneinander beabstandet. In der Regel kommt die Faserstoffbahn F nicht direkt mit den Trockenzylindern 1 in Kontakt, sondern wird von einer (nicht dargestellten) Bespannung getragen. In diesem Fall liegt die Bespannung direkt auf dem jeweiligen Trockenzylinder 1 auf. Auch hier umschlingt die Faserstoffbahn F in jeweils einem Umschlingungsbereich (gestrichelt dargestellt) teilweise den jeweiligen Trockenzylinder 1.
  • Die Erfindung wird nun anhand der Ausführungsform der Fig. 1a näher erläutert. Prinzipiell gelten die gemachten Ausführungen auch auf die Ausführungsform der Fig. 1b entsprechend. Dazu sind in der Fig. 2a der Betriebszustand und in Fig. 2b der Nicht-Betriebszustand der Trockenvorrichtung dargestellt. Im letztgenannten Fall durchläuft die Faserstoffbahn F nicht, wie dies in Fig. 2a gezeigt ist, den Trockenzylinder 1. Vielmehr ist lediglich der Weg, den die Faserstoffbahn F im Betriebszustand der Trockenvorrichtung zurücklegt, gestrichelt angedeutet.
  • Um den Trockenzylinder 1 zu beschichten, ohne diesen aus der Trockenvorrichtung zu entfernen, wird dieser in der Trockenvorrichtung selbst beschichtet. Dazu wird die Trockenvorrichtung in den Nicht-Betriebszustand gemäß der Fig. 2b versetzt und eventuell erstmalig entsprechend für die Beschichtung umgerüstet. Für die Umrüstung wird die Trockenvorrichtung mit einer Beschichtungsanlage 13 versehen. Letztere wird an einer Einbauposition in der Trockenvorrichtung angeordnet, die außerhalb des im Betriebszustand der Trockenvorrichtung vorliegenden Umschlingungsbereichs der Faserstoffbahn F - also nahe des Beschichtungausbringungsbereichs - hier also unterhalb des Trockenzylinders 1 zwischen den beiden ersten Abnahmepositionen, nämlich dem Kreppschaber 12 und der Presswalze 10 liegt. Wird die Beschichtungsanlage 13 an die genannte Stelle in die Trockenvorrichtung eingebaut, so wird das erfindungsgemäße System aus beiden erzielt. Die Beschichtungsanlage 13 kann somit nachträglich in bestehende Trockenvorrichtungen eingebaut werden. Sie kann dort auf Dauer verbleiben oder aber nur temporär für die Dauer der Beschichtung bzw. einer davor durchgeführten bzw. sich danach anschließenden Oberflächenbehandlung des Trockenzylinders 1. Im letztgenannten Fall ist es vorteilhaft, wenn die Beschichtungsanlage 13 über Mittel lösbar mit der Trockenvorrichtung verbindbar ist. Zu diesen Mitteln gehört z.B. die Traverse 14, an der sich die Beschichtungsanlage 13 abstützt. Die Traverse 14 kann sich indirekt, z.B. über den Boden, auf dem die Trockenvorrichtung steht, an dieser abstützen. Die Traverse 14 könnte jedoch auch fest, also unlösbar mit dem Boden oder der Trockenvorrichtung verbunden sein, also Teil der Trockenvorrichtung sein.
  • Um gleichzeitig innerhalb der Trockenvorrichtung eine eventuell bereits bestehende Beschichtung vom Trockenzylinder 1 abzutragen oder die fertige Beschichtung nochmals nachzubearbeiten, kann der Beschichtungsanlage 13 ferner eine Einrichtung zur Oberflächenbearbeitung 6 zugeordnet sein. Diese ist ebenfalls im Bereich der oben genannten Einbauposition der Beschichtungsanlage 13 vorgesehen. Erstere kann als Schleifmaschine und/oder zum Strahlen, wie Kugelstrahlen des Trockenzylinders 1 ausgeführt sein. Auch die Einrichtung 6 kann über entsprechende Mittel, wie die Traverse 14 oder über eine eigene (nicht gezeigte) Traverse lösbar an der Trockenvorrichtung gelagert sein.
  • Dadurch, dass die Beschichtungsanlage 13 an die genannte Stelle in die Trockenvorrichtung eingebaut wird, muss weder die Trockenhaube 11 noch der Kreppschaber 12 als auch die Presswalze 10 für die Beschichtung ausgebaut werden. In anderen Worten wird der in der Regel freie Platz, der sich außerhalb des Umschlingungsbereiches ergibt für den Einbau der Beschichtungsanlage 13 vorgesehen. Diese kann daher auch im Betrieb der Trockenvorrichtung an der Stelle verbleiben, da sie die Behandlung der Faserstoffbahn F durch die Trockenvorrichtung nicht beeinflusst.
  • Sobald die Beschichtung bzw. nachträgliche Oberflächenbehandlung des Trockenzylinders 1 beendet wurde, kann das System aus Trockenvorrichtung und Beschichtungsanlage 13 wieder aufgelöst werden. Dazu wird die Beschichtungsanlage 13 aus der Trockenvorrichtung wieder entfernt, sodass sich wieder die in Fig. 2a gezeigte Anordnung ergibt.
  • In Fig. 3 ist die Beschichtungsanlage 13 in stark schematischer Draufsicht im Detail gezeigt. Die Längsachse des Trockenzylinders 1 verläuft hier in der Zeichenebene.
  • Der um seine Längsachse rotierende Trockenzylinder 1 wird geeignet angetrieben. Die Beschichtungsanlage 13 umfasst eine auf der Traverse 14 gelagerte, relativ zum Trockenzylinder 1 parallel zu dessen Längsachse hin- und her verschiebliche Ausbringungseinrichtung 7 (siehe den Doppelpfleil). Letztere umfasst eine wahlweise zu- und abschaltbare Werkstoffzufuhr 8 zur Zuführung eines Spritzzusatzwerkstoffs (gepunktet angedeutet), einen Strahl 9, der von einer nicht dargestellten Strahlquelle emittiert wird, in welchen der Spritzzusatzstoff eingetragen wird sowie eine nicht gezeigte Schutzgaszufuhr zum Zuführen von Schutzgas an den Trockenzylinder 1. Die Ausbringungseinrichtung 7 kann als Spritzbrenner aufgefasst werden. Der Spritzzusatzstoff liegt im vorliegenden Fall in Form von Pulver vor. Mittels der Beschichtungsanlage 13 kann die gesamte Oberfläche des Trockenzylinders 1 sukzessive, beispielsweise in einer kontinuierlichen Spirallinie beschichtet werden. Es ist jedoch auch möglich, die Beschichtung in anderer Weise aufzubringen, z. B. in radialen Ringen oder axialen Streifen. Selbstverständlich wäre es denkbar, dass mehrere derartige Ausbringungseinrichtungen 7 entlang der Traverse 14 bzw. der Längsachse des Trockenzylinders 1 beabstandet zueinander angeordnet sein könnten. Hierdurch könnte der Beschichtungsprozess erheblich schneller durchgeführt werden.
  • Die Ausbringung von Schutzgas ist vorliegend durch den Kegel des Strahls 9 angedeutet. Das Schutzgas kann zur Mitnahme und/oder Beschleunigung des Werkstoffs wie Spritzzusatzwerkstoffs, das zum Aufschmelzen in den Strahlengang der Strahlquelle eingebracht wird, dienen. Der mittels Schutzgas beschleunigte, ab-, an- oder aufgeschmolzene Spritzzusatzwerkstoff wird auf den zu beschichtenden Trockenzylinder 1, hier beispielsweise den nackten (also von einer bestehenden Beschichtung befreiten), mittels der Einrichtung 6 bearbeiteten Walzenkern 2 (siehe Fig. 4) geschleudert. Wird die Oberfläche des Walzenkerns 2 mit aufgeschmolzen, so gelangt der aufgeschmolzene Spritzzusatzwerkstoff mit in die Schmelze des Walzenkerns 2. Die Ausbringungseinrichtung 7 kann derart ausgeführt sein, dass Schutzgas, Strahl 9 sowie Spritzzusatzwerkstoff zusammen, z.B. konzentrisch, aus ein und demselben Spritzbrenner austreten. In dem Fall könnte der Strahl in den Spritzbrenner eingekoppelt werden, sodass zumindest die Längsachse des Strahls und die Hauptausbringungsrichtung des Spritzzusatzwerkstoffs zusammenfallen.
  • Gemäß der Darstellung in Fig. 2b wird der Spritzzusatzwerkstoff in Hauptausbringungsrichtung aus der Ausbringungseinrichtung 7 herausgeschleudert. Sowohl die Hauptausbringungsrichtung des Spritzzusatzwerkstoffs als auch die Ausbringungsrichtung des Strahls 9 verlaufen in der dargestellten Ansicht entgegen der Schwerkraftrichtung, wobei letztere hier entlang einer Senkrechten durch die Längsachse des Trockenzylinders 1 verläuft. Anders ausgedrückt, wird der Spritzzusatzwerkstoff von unten her - unterhalb der Längsachse/Drehachse des Trockenzylinders 1, entgegen der Schwerkraft auf den Trockenzylinder 1 aufgebracht. Es wäre auch denkbar, dass Strahl 9 sowie Spritzzusatzwerkstoff aus unterschiedlichen Richtungen kommen, sodass die Ausbreitungsrichtung des Strahls 9 winklig zur Hauptausbringungsrichtung des Spritzzusatzwerkstoffs ist. So kann beispielsweise der Spritzzusatzwerkstoff tangential an die Mantelfläche des Trockenzylinders 1 herangeführt werden, während der Strahl 9 immer noch entgegen der Schwerkraft und damit winklig zur Hauptausbringungsrichtung des Spritzzusatzwerkstoffs verläuft.
  • In der Fig. 4 ist in einer stark schematisierten Schnittansicht eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem teilweisen Querschnitt senkrecht zur Längsachse durch den Trockenzylinder 1 aus den Fig. 1a oder 1b dargestellt. Zur Vereinfachung der Darstellung ist die Walzenkrümmung außer Acht gelassen worden. Ebenfalls ist zu bemerken, dass die Dicke in Radialrichtung der einzelnen Lagen der Walze 1 gesehen nicht maßstabsgetreu dargestellt ist. Es soll lediglich die Abfolge der Schichten symbolisiert werden. Der jeweils dargestellte Trockenzylinder 1 weist gewöhnlich einen radial innen liegenden Walzenkern 2 auf, der wenigstens teilweise aus einem Metall wie Stahl, hergestellt sein kann.
  • Vorliegend ist unmittelbar auf dem Walzenkern 2 in Radialrichtung auf dessen Umfang die erfindungsgemäße Beschichtung 5 aufgebracht. Sie umfasst eine Funktionsschicht 4. Diese kann direkt auf dem Walzenkern 2 aufgebracht oder wie gestrichelt dargestellt, auf zumindest einer Haftschicht 3 angeordnet sein. Die Haftschicht 3 dient der Haftvermittlung zwischen dem Walzenkern 2 und der in Radialrichtung nach außen nächstfolgenden Schicht, hier der Funktionsschicht 4. Die Haftschicht 3 wird vorteilhafterweise dann gewählt, wenn die Beschichtung 5 eine verbesserte Haftung zwischen Funktionsschicht 4 und Walzenkern 2 aufweisen soll. Obwohl dies nicht dargestellt ist, können einerseits der Walzenkern 2 und die Haftschicht 3 und/oder die Haftschicht 3 und die Funktionsschicht 4 zusammen einen Legierungsbereich ausbilden
  • In Radialrichtung des Trockenzylinders 1 gesehen, ist auf der wenigstens einen Haftschicht 3 die Funktionsschicht 4 aufgebracht. Die gesamte, jeweils gemäß der dargestellten Ausführungsform hergestellte Beschichtung 5 kann mittels der Beschichtungsanlage 6 hergestellt sein.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Trockenzylinder
    2
    Walzenkern
    3
    Haftschicht
    4
    Funktionsschicht
    5
    Beschichtung
    6
    Einrichtung zur Oberflächenbehandlung
    7
    Ausbringungseinrichtung
    8
    Werkstoffzufuhr
    9
    Strahl
    10
    Presswalze
    11
    Trockenhaube
    12
    Kreppschaber
    13
    Beschichtungsanlage
    14
    Traverse
    F
    Faserstoffbahn

Claims (15)

  1. Verfahren zur Beschichtung eines Trockenzylinders (1) einer Trockenvorrichtung zum Trocknen und/oder Glätten einer Faserstoffbahn (F), wobei die Beschichtung innerhalb der Trockenvorrichtung erfolgt, umfassend das Zuführen eines Spritzzusatzwerkstoffes in Richtung auf die Mantelfläche des zu beschichtenden Trockenzylinders (1) gekennzeichnet durch das Aufschmelzen zumindest des zugeführten Spritzzusatzwerkstoffs mittels eines Strahls (9) einer Strahlquelle, wie einer Laser- oder Elektronenstrahlquelle, zum Herstellen einer Schicht, wobei das Aufschmelzen derart erfolgt, dass der Strahl (9) - in einer Verlängerung in dessen Ausbreitungsrichtung gesehen - auf eine Stelle der Mantelfläche auftrifft, die im Betriebszustand der Trockenvorrichtung außerhalb eines Umschlingungsbereichs der Mantelfläche des Trockenzylinders (1) mit der Faserstoffbahn (F) oder einer die Faserstoffbahn (F) tragenden Bespannung liegt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausbreitungsrichtung des Strahls (9) im Wesentlichen entgegen der Schwerkraftrichtung verläuft.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung sukzessive und schichtweise aufgetragen wird, sodass diese mehrere, in Radialrichtung des Trockenzylinders (1) gesehen übereinander angeordneten Schichten umfasst.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht oder bei Vorsehen mehrerer Schichten zumindest eine der Schichten eine Haftschicht (3) oder Funktionsschicht (4) ist und bevorzugt die Beschichtung zumindest eine Haftschicht (3) und in Radialrichtung gesehen zumindest eine hierauf aufgebrachte Funktionsschicht (4) umfasst oder die Funktionsschicht (4) frei von einer darunterliegenden Haftschicht (3) auf die Mantelfläche des Trockenzylinders (1) aufgebracht wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Schicht mittels Lasercladding hergestellt wird, bei dem die mit der Schicht zu beschichtende Mantelfläche des Trockenzylinders (1) teilweise aufgeschmolzen wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor und/oder nach der Beschichtung die Mantelfläche des Trockenzylinders (1) oberflächenbearbeitet, z.B. spanend bearbeitet, wie geschliffen oder gestrahlt wird und bevorzugt vor der aufzubringenden Beschichtung der Trockenzylinder (1) derart oberflächenbearbeitet wird, dass eine eventuell bereits bestehende Beschichtung von der Mantelfläche des Trockenzylinders (1) abgetragen wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung und/oder eine Oberflächenbearbeitung, bevorzugt nach Anspruch 5, im Nicht-Betriebszustand der Trockenvorrichtung durchgeführt wird/werden.
  8. System aus einer Beschichtungsanlage (13) zur Beschichtung der Mantelfläche eines Trockenzylinders (1) und einer Trockenvorrichtung zum Trocknen und/oder Glätten einer Faserstoffbahn wobei die Trockenvorrichtung zumindest einen Trockenzylinder (1) umfasst, wobei die Beschichtungsanlage eine Werkstoffzufuhr (8) für einen Spritzzusatzwerkstoff, eine Ausbringungseinrichtung (7) für den Spritzzusatzwerkstoff, um diesen an die Mantelfläche des Trockenzylinders (1) heranzuführen dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungsanlage eine Strahlquelle umfasst, welche einen Strahl (9) emittiert, um zumindest den zugeführten Spritzzusatzwerkstoff aufzuschmelzen, und die Beschichtungsanlage (13) derart eingerichtet ist, dass der Strahl (9) zum Aufschmelzen zumindest des Spritzzusatzwerkstoffs - in einer Verlängerung in dessen Ausbreitungsrichtung gesehen - auf eine Stelle der Mantelfläche auftrifft, die im bestimmungsgemäßen Betrieb der Trockenvorrichtung außerhalb eines Umschlingungsbereichs der Mantelfläche des Trockenzylinders (1) mit der Faserstoffbahn (F) oder einer die Faserstoffbahn (F) tragenden Bespannung liegt.
  9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungsanlage (13) derart eingerichtet ist, dass in ihrer für den Betrieb der Beschichtungsanlage (13) vorgesehenen Einbauposition die Hauptausbringungsrichtung des Spritzzusatzwerkstoffs im Wesentlichen entgegen der Schwerkraft verläuft.
  10. System nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlquelle derart eingerichtet ist, dass die Ausbreitungsrichtung des von der Strahlquelle emittierten Strahls (9) parallel oder winklig zur Hauptausbringungsrichtung des Spritzzusatzwerkstoffs verläuft und bevorzugt mit dieser zusammenfällt.
  11. System nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlquelle eine Laserstrahlquelle, der Strahl (9) ein Laserstrahl ist und die Laserstrahlquelle für Lasercladding eingerichtet ist.
  12. System nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der der Werkstoffzufuhr (8) zugeführte Spritzzusatzwerkstoff in Form eines Bandes oder Drahtes, einer Schnur oder eines Pulvers vorliegt.
  13. System nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungsanlage (13) Mittel umfasst, um zerstörungsfrei lösbar mit der zu beschichtenden Trockenvorrichtung verbindbar zu sein.
  14. Verfahren zum Umrüsten oder Herstellen einer Trockenvorrichtung, welche zumindest einen Trockenzylinder (1) zur Trocknung und/oder Glättung einer Faserstoffbahn (F) umfasst, mit dem folgenden Schritt:
    die Trockenvorrichtung wird an einer Einbauposition, die im Betriebszustand der Trockenvorrichtung außerhalb eines Umschlingungsbereichs der Mantelfläche des Trockenzylinders (1) mit der Faserstoffbahn (F) oder einer die Faserstoffbahn (F) tragenden Bespannung liegt, mit einer Beschichtungsanlage (13) zur Beschichtung der Mantelfläche des Trockenzylinders (1) versehen, sodass ein System gemäß einem der Ansprüche 8 bis 13 entsteht.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungsanlage (13) nach Aufbringen der Beschichtung auf die Mantelfläche des Trockenzylinders (1) oder nach der nachträglichen Oberflächenbehandlung der Beschichtung von der Trockenvorrichtung entfernt wird.
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