Presswalze

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Preßwalze für eine Papiermaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Preßwalze kann beispielsweise in der Pressenpartie der jeweiligen Papiermaschine oder auch als Leimpreßwalze vorgesehen sein.

[0002] Ein derartige Preßwalze mit beispielsweise aus US-A-4 767 501 bekannt.

[0003] In der Pressenpartie einer Papiermaschine wird die nasse Papierbahn an einer jeweiligen Preßstelle insbesondere durch Pressen zwischen zwei Walzen oder zwischen einer Walze und einem Preßschuh entwässert. Dabei wird die Papierbahn in der Regel von einem Filz geführt, der auch den Abtransport des ausgepreßten Wassers vornimmt. Die Walze, die beim Preßvorgang direkt mit der Papierbahn in Berührung kommt, weist eine glatte, harte Oberfläche auf. Diese Walze muß nun mehrere Eigenschaften besitzen, um die Herstellung qualitativ hochwertigen Papiers zu ermöglichen. So soll u.a. eine leichte Ablösung des nassen Papiers gewährleistet sein, das nach dem Pressen zunächst an der Walzenoberfläche kleben bleibt. Zudem soll die Walzenoberfläche eine möglichst geringe Neigung zur Verschmutzung mit Bestandteilen des Papierstoffes aufweisen. Der Verschleiß soll möglichst gering gehalten werden, wobei erschwerend hinzukommt, daß die Walze in der Regel mittels eines gegen die Oberfläche gepreßten Schabers sauber gehalten wird. Darüber hinaus soll die Walze auch höheren Temperaturen und höheren Linienlasten im Preßspalt standhalten.

[0004] Früher wurden als Preßwalzen aus Naturgranit hergestellte Steinwalzen verwendet, die sich durch ausgezeichnete Blattabgabeeigenschaften sowie eine geringe Belegungsneigung auszeichneten. Aufgrund des Einsatzes immer größerer und schnellerer Papiermaschinen sowie infolge des verstärkten Einsatzes von Dampfblaskästen traten im Zusammenhang mit derartigen Steinwalzen jedoch Probleme auf. Zudem sind größere Walzen für moderne Papiermaschinen nur sehr schwer verfügbar. Dies ist u.a. darauf zurückzuführen, daß derzeit weltweit nur zwei Steinbrüche existieren, in denen die dafür benötigten Granitblöcke gebrochen werden. Dies bringt zwangsläufig hohe Kosten und lange Lieferzeiten mit sich. Infolge der großen Abmessungen moderner Walzen und der hohen Rotationsgeschwindigkeiten sowie infolge eines verstärkten Einsatzes von Dampfblaskästen traten verstärkt mechanische Probleme auf. Aus papiertechnologischen Gründen wird heißer Dampf auf die Walze geblasen. Bei einigen Walzen wurde die Festigkeitsgrenze des inhomogenen natürlichen Materials Granit überschritten. Es kam zu Rissen und Brüchen des Granitkörpers, wobei in einem Fall ein Arbeiter sogar tödliche Verletzungen erlitt. Infolge dieser Entwicklung mußte nach einem Ersatz für die Steinwalzen gesucht werden.

[0005] Es wurden bereits Walzen mit einem auf den zylindrischen Metallkörper aufgebrachten Kunststoffbezug wie beispielsweise einem aus Verbundmaterialien bestehenden synthetischen Bezug hergestellt. Solche Bezüge führten jedoch in einer Reihe von Fällen zu Problemen. So mußte beispielsweise die Blattabgabe durch den Zusatz von Chemikalien verbessert werden. Von Nachteil ist auch der relativ starke Verschleiß der Beschichtung. Zudem besteht eine relativ hohe Belegungsneigung aufgrund von Affinitäten zu bestimmten Bestandteilen des Papierstoffes. In jüngster Zeit wurden zudem Walzen mit auf den Metallkörper aufgebrachten thermisch gespritzten Bezügen verwendet. Diese thermisch gespritzten Bezüge weisen gute Blattabgabeeigenschaften, einen geringen Verschleiß infolge hoher Härte sowie eine geringe Belegungsneigung auf. Bei einer Reihe von thermisch gespritzten Schichten treten jedoch Probleme im Zusammenhang mit hohen inneren Spannungen auf, die zu einer Rißbildung, einer schlechten Haftung sowie einem völligen Versagen des Bezuges, d.h. insbesondere einem Ablösen der Schicht, führen können.

[0006] Bei einer aus der EP-0 207 921 bekannten Walze der eingangs genannten Art besteht der Bezug aus einer metallischen Grundschicht und einer äußeren Keramikschicht. Die nach einem Plasma-Spritzverfahren hergestellte äußere Keramikschicht kann ein- oder mehrlagig sein. Im Fall einer zweilagigen Keramikschicht besitzt die äußere, dünnere Lage eine geringere Porosität als die innere Lage. Dabei sind die einzelnen Lagen jeweils einheitlich ausgebildet. Die metallische Grundschicht besitzt einen Ausdehnungskoeffizienten, der kleiner ist als der des Metallkörpers. Diese Grundschicht kann nach einem Spritzverfahren wie beispielsweise dem Plasma-Metallspritzverfahren hergestellt sein. Zusätzlich kann ein beispielsweise aus rostfreiem Stahl bestehender Korrosionsschutzfilm vorgesehen sein. Auch dieser Korrosionsschutzfilm ist wieder nach einem Spritzverfahren wie beispielsweise dem Plasma-Metallspritzverfahren hergestellt.

[0007] Bei einer aus der WO 91/13204 bekannten Walze der eingangs genannten Art ist zwischen einer einheitlich ausgebildeten einlagigen äußeren Keramikschicht und dem Metallkörper eine ein- oder mehrlagige Zwischenschicht aus einer Mischung unterschiedlicher Materialien wie Metall- und Keramikbestandteilen vorgesehen, bei der sich das Mischungsverhältnis der Bestandteile in Radialrichtung kontinuierlich oder stufenweise so ändert, daß der Metallanteil innen am größten ist und nach außen abnimmt, wodurch eine entsprechende Anpassung des Wärmeausdehnungskoeffizienten erreicht werden soll. Sowohl die äußere Keramikschicht als auch die Zwischenschicht können jeweils nach einem Plasma-Spritzverfahren hergestellt sein.

[0008] In "Wochenblatt für Papierfabrikation 13, 1997" ist eine Walze mit einer einheitlich ausgebildeten einlagigen Oxidkeramikschicht beschrieben, die nach einem Plasmaverfahren auf den Metallwalzenkörper aufgebracht ist.

[0009] Ziel der Erfindung ist es, eine möglichst kostengünstige Preßwalze der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die zuvor genannten Probleme beseitigt sind.

[0010] Diese Aufgabe wird durch dir Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.

[0011] Dabei ist die Beschichtung vorzugsweise zumindest teilweise in einem Spritzverfahren aufgebracht.

[0012] Aufgrund dieser Ausbildung werden die inneren Spannungen der Beschichtung auf ein Minimum herabgesetzt, wodurch die Gefahr einer Rißbildung praktisch beseitigt ist. Mit dem sich kontinuierlich ändernden Aufbau lassen sich insbesondere unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten, unterschiedliche Elastizitätseigenschaften, unterschiedliche Kristallstrukturen und/oder dergleichen, die bisher für die unerwünschten inneren Spannungen verantwortlich waren, vermeiden. Erfindungsgemäß ist nun innerhalb der Beschichtung für eine kontinuierliche Anpassung oder einen kontinuierlichen Übergang gesorgt, indem zumindest die äußerste Schicht als eine Art Gradientenschicht ausgebildet ist.

[0013] Die Variation der chemischen Zusammensetzung kann beispielsweise durch eine Variation von in eine Beschichtungsanlage eingebrachten Beschichtungsmaterialien, eine Variation von Beschichtungsparametern und/oder eine Variation der Beschichtungsgeometrie erzielt werden.

[0014] Die Variation der Struktur kann beispielsweise durch eine Variation von in eine Beschichtungsanlage eingebrachten Beschichtungsmaterialien, eine Variation von Beschichtungsparametern und/oder eine Variation der Beschichtungsgeometrie erzielt werden.

[0015] Bei einer zweckmäßigen praktischen Ausführungsform umfaßt die Beschichtung eine dem Korrosionsschutz dienende metallische Grundschicht, die unmittelbar auf den zylindrischen Metallkörper aufgebracht und zwischen diesem und der radial äußersten Schicht angeordnet ist.

[0016] Bei einer in der Praxis bevorzugten Ausführungsform besteht die radial äußerste Schicht des Bezuges aus wenigstens einem Oxyd insbesondere aus der Gruppe Al₂O₃, Cr₂O₃, ZrO₂, TiO_2, SiO₂ , wenigstens einem Carbid insbesondere aus der Gruppe WC, CrC wenigstens einem Nitrid wie insbesondere TiN und/oder wenigstens einem Borid wie insbesondere TiB₂ oder einer Mischung aus zwei oder mehreren dieser Materialien.

[0017] Von besonderem Vorteil ist, wenn die radial äußerste Schicht des Bezuges aus einem Cermet besteht. Der keramische Bestandteil dieses Cermets umfaßt vorteilhafterweise wenigstens ein Oxyd aus der Gruppe Al₂O₃, Cr₂O₃, ZrO₂, TiO₂, SiO₂

[0018] Die radial äußerste Schicht des Bezuges kann einen Anteil von Kunststoff wie insbesondere PTFE und/oder Silikon umfassen.

[0019] In dem Fall, daß die Beschichtung eine dem Korrosionsschutz dienende metallische Grundschicht umfaßt, kann vorteilhafterweise auch diese Grundschicht in Radialrichtung über wenigstens einen Teil ihrer Dicke einen sich hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung und/oder ihrer Struktur kontinuierlich ändernden Aufbau besitzen.

[0020] Bei einer bevorzugten praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Preßwalze besitzt die Beschichtung in Radialrichtung über ihre gesamte Dicke einen sich hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung und/oder ihrer Struktur kontinuierlich ändernden Aufbau.

[0021] Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigen:

Figur 1

eine schematische Darstellung einer beschichteten Preßwalze und

Figur 2

eine Schnittansicht des Bereichs A der in Figur 1 gezeigten Preßwalze.

[0022] Figur 1 zeigt ein rein schematischer Darstellung eine Preßwalze 10 einer Papiermaschine, die beispielsweise in einer Pressenpartie der Papiermaschine oder auch als Leimpreßwalze vorgesehen sein kann.

[0023] Die Preßwalze 10 besitzt einen zylindrischen Metallkörper 12, der an seinem Außenumfang mit einer Beschichtung 14 versehen ist, die in einem Spritzverfahren aufgebracht ist.

[0024] Figur 2 zeigt eine Schnittansicht des Bereichs A der in Figur 1 gezeigten Preßwalze 10. Danach umfaßt die Beschichtung im vorliegenden Fall eine radial äußerste Schicht 16 sowie eine dem Korrosionsschutz dienende metallische Grundschicht 18, die unmittelbar auf dem zylindrischen Metallkörper 12 aufgebracht und zwischen diesem und der radial äußersten Schicht 16 angeordnet ist.

[0025] Die Beschichtung 14 besitzt in Radialrichtung R über wenigstens einen die radial äußerste Schicht 16 umfassenden Teil ihrer Dicke d einen sich hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung und/oder ihrer Struktur kontinuierlich ändernden Aufbau. Zumindest die radial äußerste Schicht 16 der Beschichtung 14 ist somit als eine Art Gradientenschicht aufgebaut. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel kann auch die metallische Grundschicht 18 einen solchen sich in Radialrichtung R kontinuierlich ändernden Aufbau aufweisen. Demnach besitzt die Beschichtung 14 beim vorliegenden Ausführungsbeispiel in Radialrichtung R vorzugsweise über ihre gesamte Dicke d einen sich hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung und/oder ihrer Struktur kontinuierlich ändernden Aufbau, so daß die Beschichtung 14 insgesamt als Gradientenbeschichtung ausgebildet ist.

[0026] Infolge der sich über ihre Dicke d kontinuierlich ändernden chemischen und/oder strukturellen Eigenschaften der Beschichtung 14 werden die inneren Spannungen auf ein Minimum herabgesetzt, wodurch die Gefahr einer Rißbildung praktisch beseitigt und eine optimale Blattabgabe erreicht wird.

[0027] Innerhalb der Beschichtung 14 einschließlich der äußersten Schicht 16 kann somit insbesondere hinsichtlich der thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der Elastizitätseigenschaften und/oder der Kristallstrukturen durchgehend ein kontinuierlicher Übergang sichergestellt werden, wodurch unerwünschte innere Spannungen praktisch ausgeschlossen sind.

[0028] Die Variation der chemischen Zusammensetzung kann durch eine Variation von in einer Beschichtungsanlage eingebrachten Beschichtungsmaterialien, eine Variation von Beschichtungsparametern und/oder einer Variation der Beschichtungsgeometrie erzielt werden.

[0029] Die Variation der Struktur kann durch eine Variation von in die Beschichtungsanlage eingebrachten Beschichtungsmaterialien, eine Variation von Beschichtungsparametern und/oder eine Variation der Beschichtungsgeometrie erreicht werden.

[0030] Die als Funktionsschicht dienende radial äußerste Schicht 16 des Bezuges 14 kann beispielsweise aus einem Cermet bestehen. Sie kann insbesondere auch einen Anteil von Kunststoff wie insbesondere PTFE und/oder Silikon umfassen.

[0031] Grundsätzlich kann zwischen der äußersten Schicht 16 und der Grundschicht 18 wenigstens eine weitere ein- oder mehrlagige Schicht vorgesehen sein. Diese Zwischenschicht kann einen sich hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung und/oder ihrer Struktur in Radialrichtung kontinuierlich oder auch schrittweise ändernden Aufbau besitzen.

Bezugszeichenliste

[0032] 

10

Preßwalze

12

zylindrischer Metallkörper

14

Beschichtung

16

radial äußerste Schicht

18

metallische Grundschicht

A

Bereich

R

Radialrichtung

d

Dicke

Ansprüche

1. Preßwalze für eine Papiermaschine mit einem zylindrischen Metallkörper (12), der an seinem Außenumfang mit einer wenigstens eine Schicht (16, 18) umfassenden Beschichtung (14) versehen ist, wobei die Beschichtung (14) in Radialrichtung ( R) über wenigstens einen die radial äußerste Schicht (16) umfassenden Teil ihrer Dicke (d) einen sich hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung und/oder ihrer Struktur kontinuierlich ändernden Aufbau besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß
die radial äußerste Schicht (16) des Bezuges aus wenigstens einem Oxid, wenigstens einem Carbid, wenigstens einem Nitrid und/oder wenigstens einem Borid oder einer Mischung aus zwei oder mehreren dieser Materialien besteht.

2. Preßwalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Beschichtung (14) zumindest teilweise in einem Spritzverfahren aufgebracht ist.

3. Preßwalze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Beschichtung (14) eine dem Korrosionsschutz dienende metallische Grundschicht (18) umfaßt, die unmittelbar auf den zylindrischen Metallkörper (12) aufgebracht und zwischen diesem und der radial äußersten Schicht (16) angeordnet ist.

4. Preßwalze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die radial äußerste Schicht (16) des Bezuges aus wenigstens einem Oxid aus der Gruppe Al₂O₃, Cr₂O₃, ZrO₂, TiO₂, SiO₂ , wenigstens einem Carbid aus der Gruppe WC, CrC , wenigstens einem Nitrid wie TiN und/oder wenigstens einem Borid wie TiB2 oder einer Mischung aus zwei oder mehreren dieser Materialien besteht.

5. Preßwalze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die radial äußerste Schicht (16) des Bezuges aus einem Cermet besteht.

6. Preßwalze nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
der keramische Bestandteil des Cermet wenigstens ein Oxid aus der Gruppe Al₂O₃, Cr₂O₃, ZrO₂, TiO₂, SiO₂ umfaßt.

7. Preßwalze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die radial äußerste Schicht (16) des Bezuges einen Anteil von Kunststoff wie insbesondere PTFE und/oder Silikon umfaßt.

8. Preßwalze nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bzw. 4 bis 7, sofern vom Anspruch 3 äbhängig,
dadurch gekennzeichnet,
daß auch die Grundschicht (18) in Radialrichtung über wenigstens einen Teil ihrer Dicke einen sich hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung und/oder ihrer Struktur kontinuierlich ändernden Aufbau besitzt.

9. Preßwalze nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Beschichtung (14) in Radialrichtung über ihre gesamte Dicke einen sich hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung und/oder ihrer Struktur kontinuierlich ändernden Aufbau besitzt.

Claims

1. Press roll for a papermaking machine, comprising a cylindrical metal body (12) which is provided on its outer circumference with a coating (14) comprising at least one layer (16, 18), the coating (14) having in the radial direction (R), over at least part of its thickness (d) comprising the radially outermost layer (16), a construction which changes continuously with regard to its chemical composition and/or its structure, characterized in that the radially outermost layer (16) of the cover consists of at least one oxide, at least one carbide, at least one nitride and/or at least one boride or a mixture of two or more of these materials.

2. Press roll according to Claim 1, characterized in that the coating (14) is at least partly applied in a spraying process.

3. Press roll according to Claim 1 or 2, characterized in that the coating (14) comprises a metallic base layer (18) serving for corrosion prevention, which is applied directly to the cylindrical metal body (12) and is arranged between the latter and the radially outermost layer (16).

4. Press roll according to one of the preceding claims, characterized in that the radially outermost layer (16) of the cover consists of at least one oxide from the group comprising Al₂O₃, Cr₂O₃, ZrO₂, TiO₂, SiO₂, at least one carbide from the group comprising WC, CrC, at least one nitride such as TiN and/or at least one boride such as TiB₂ or a mixture of two or more of these materials.

5. Press roll according to one of the preceding claims, characterized in that the radially outermost layer (16) of the cover consists of a cermet.

6. Press roll according to Claim 5, characterized in that the ceramic component of the cermet comprises at least one oxide from the group comprising Al₂O₃, Cr₂O₃, ZrO₂, TiO₂ and SiO₂.

7. Press roll according to one of the preceding claims, characterized in that the radially outermost layer (16) of the cover comprises a proportion of plastic such as in particular PTFE and/or silicone.

8. Press roll according to one of the preceding Claims 3 or 4 to 7, if they are dependent on Claim 3, characterized in that the base layer (18) also has, in the radial direction over at least part of its thickness, a construction which changes continuously with regard to its chemical composition and/or its structure.

9. Press roll according to one of the preceding claims, characterized in that the coating (14) has, in the radial direction over its total thickness, a construction which changes continuously with regard to its chemical composition and/or its structure.

Revendications

1. Rouleau de presse pour une machine à papier comprenant un corps en métal cylindrique (12), qui est pourvu sur sa périphérie extérieure d'un revêtement (14) comprenant au moins une couche (16, 18), le revêtement (14) possédant, dans la direction radiale (R) sur au moins une partie de son épaisseur (d) comprenant la couche radialement extérieure (16), une construction variable en continu en termes de composition chimique et/ou de structure, caractérisé en ce que
la couche radialement extérieure (16) du revêtement se compose d'au moins un oxyde, d'au moins un carbure, d'au moins un nitrure et/ou d'au moins un borure ou d'un mélange de deux ou plus de ces matériaux.

2. Rouleau de presse selon la revendication 1, caractérisé en ce que le revêtement (14) est appliqué au moins partiellement dans un procédé de pulvérisation.

3. Rouleau de presse selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le revêtement (14) comprend une couche de base (18) métallique servant à la protection contre la corrosion, qui est appliquée directement sur le corps métallique cylindrique (12) et qui est disposée entre celui-ci et la couche radialement extérieure (16).

4. Rouleau de presse selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche radialement extérieure (16) du revêtement se compose d'au moins un oxyde du groupe Al₂O₃, Cr₂O₃, ZrO₂, TiO₂, SiO₂, d'au moins un carbure du groupe WC, CrC, d'au moins un nitrure comme TiN et/ou d'au moins un borure comme TiB₂ ou d'un mélange de deux ou plus de ces matériaux.

5. Rouleau de presse selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche radialement extérieure (16) du revêtement se compose d'un cermet.

6. Rouleau de presse selon la revendication 5, caractérisé en ce que le composant en céramique du cermet comprend au moins un oxyde du groupe Al₂O₃, Cr₂O₃, ZrO₂, TiO₂, SiO₂.

7. Rouleau de presse selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche radialement extérieure (16) du revêtement comprend une proportion de plastique comme notamment du PTFE et/ou de la silicone.

8. Rouleau de presse selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4 à 7, dans la mesure où elles dépendent de la revendication 3,
caractérisé en ce que
la couche de base (18) possède aussi dans la direction radiale, sur au moins une partie de son épaisseur, une construction variable en continu en termes de composition chimique et/ou de structure.

9. Rouleau de presse selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
le revêtement (14) possède, dans la direction radiale, sur toute son épaisseur, une construction variable en continu en termes de composition chimique et/ou de structure.

Zeichnung