[0001] Die Erfindung betrifft einen Trockenzylinder für eine Tissue-Papiermaschine, insbesondere
einen Yankee-Zylinder.
[0002] Trockenzylinder für Tissue-Papiermaschinen, auch Yankee-Zylinder genannt, weisen
üblicherweise einen hohlen Walzenkörper auf, welcher für gewöhnlich grau erstarrendem
Gusseisen mit Lamellengraphit gegossen wird. Alternativ kann der Walzenkörper auch
durch Schweißen von Stahlblech hergestellt werden. Im Betrieb des Trockenzylinders
wird der hohle Walzenkörper aus Gusseisen üblicherweise mit einem Wasserdampfdruck
von etwa 10 bar beaufschlagt.
[0003] Derartige Trockenzylinder werden bei der Entwässerung von Faserstoffen (Tissue-Material)
verwendet, aus denen beispielsweise Papier- bzw. Zellulosewaren wie etwa saugfähige
und weiche Küchentücher, Toilettenpapier, Baby-Windeln, Krepppapier oder dergleichen
hergestellt wird. Beim Herstellungsprozess liegt ein so genanntes Abstreifmesser an
der äußeren Umfangsfläche des Walzenkörpers an, wobei das Papier von der Umfangsfläche
des Zylinders abgestreift und gefaltet bzw. gekräuselt wird.
[0004] Bei diesem Prozess trägt das Abstreifmesser Material von der Umfangsfläche, insbesondere
von den Kanten des Walzenkörpers, ab. Aus diesem Grund müssen Trockenzylinder gelegentlich
abgeschliffen werden. Durch häufiges Abschleifen kann die Manteldicke des Trockenzylinders
eine Grenze erreichen, die behördlicherweise für Druckbehälter festgelegt ist. In
diesem Zustand muss der Trockenzylinder üblicherweise ausgetauscht werden. Um die
Lebensdauer des Trockenzylinders zu erhöhen kann auf der äußeren Umfangsfläche des
Walzenkörpers eine Hartstoffschicht vorgesehen sein. Als Hartstoffschicht wird eine
Schicht aus einem Hartstoffmaterial verstanden, welches eine größere Härte als das
Material des Walzenkörpers aufweist.
[0005] In der
DE 690 07 828 T2 sind ein Yankee-Zylinder und ein Verfahren zum Beschichten eines Yankee-Zylinders
beschrieben. Die Mantelbeschichtung wird direkt auf der Oberfläche des Mantels aufgebracht,
welcher aus Gusseisen oder Stahl besteht. Alternativ wird zunächst eine Zwischenschicht
aus einem martensitischen rostfreien Stahl auf die Manteloberfläche des Yankee-Zylinders
aufgebracht, welche anschließend wiederum erneut beschichtet wird.
[0006] Aus der
DE 10 2004 057 480 A1 ist eine Walze für die Herstellung von Tissue-Material bekannt. Die Walze weist einen
Metallkern oder Metallkörper auf, auf welchen eine relativ weiche innere Schicht und
eine relativ harte äußere Schicht aufgebracht sind. Sowohl die innere als auch die
äußere Schicht bestehen aus Vollgummi.
[0007] Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen beschichteten Trockenzylinder mit
verbesserten Trockeneigenschaften für eine Tissue-Papiermaschine bereitzustellen,
welcher kostengünstig und verfahrenstechnisch einfach hergestellt werden kann.
[0008] Gemäß der Erfindung umfasst ein Trockenzylinder für eine Tissue-Papiermaschine, insbesondere
ein Yankee-Zylinder, einen hohlen Walzenkörper aus grau erstarrtem Gusseisen (GJS)
mit frei eingelagertem Graphit, welcher zumindest im Wesentlichen als Kugelgraphit
vorliegt, wobei auf einer äußeren Umfangsfläche des Walzenkörpers eine Hartstoffschicht
aufgebracht ist. Das Gussgefüge des Walzenkörpers ist vorteilhafterweise auch in seinem
radial äußeren Bereich überwiegend, vorzugsweise zumindest im Wesentlichen grau, also
stabil erstarrt. Grau erstarrtes Gusseisen mit frei eingelagertem Graphit weist vorteilhaft
eine höhere Wärmeleitfähigkeit als weiß erstarrtes Gusseisen auf, wodurch die Trockeneigenschaften
des Trockenzylinders verbessert werden. Der Trockenprozess kann somit energieeffizienter,
also kostengünstiger und umweltfreundlicher, gestaltet werden. Graues Gusseisen kann
auch besser bearbeitet werden als weißes, insbesondere spanend einschließlich Bohren.
[0009] Insbesondere kann der Walzenkörper einen Durchmesser von mindestens 1,5 m und vorzugsweise
höchstens 7 m, bevorzugt von mindestens 4 m und vorzugsweise höchstens 6 m, aufweisen.
Der Walzenkörper kann eine Länge von mindestens 2 m und bevorzugt höchstens 9 m, bevorzugt
von mindestens 4 m und vorteilhafterweise höchstens 7 m, aufweisen. Des Weiteren kann
der Walzenkörper eine Manteldicke von mindestens 20 mm und bevorzugt höchstens 150
mm, bevorzugt von mindestens 40 mm und insbesondere höchstens 100 mm, aufweisen. Der
Walzenkörper kann einen Druckbehälter bilden, der mit einem Druck, insbesondere einem
Wasserdampfdruck, von bevorzugt bis zu 15 bar beaufschlagbar sein kann. Die Manteldicke
des Walzenkörpers kann dem zu widerstehenden Wasserdampfdruck entsprechend angepasst
sein, um gesetzlichen Vorschriften für Druckbehälter zu genügen.
[0010] In einer bevorzugten Ausführungsform kann an einer Innenfläche des Walzenkörpers
wenigstens eine Rippe, insbesondere eine umlaufende Rippe angeordnet sein. Derartige
Rippen sorgen für eine größere Wärmeübertragung und zugleich für eine Versteifung
des Walzenkörpers. Bevorzugt sind an der Innenfläche des Walzenkörpers eine Vielzahl
von Rippen, insbesondere mit gleichem Abstand zueinander, angeordnet.
[0011] In einer weiteren Ausführungsform kann innerhalb des Walzenkörpers ein Innenzylinder,
bevorzugt koaxial, als so genannter Verdränger angeordnet sein. Durch die Anordnung
eines Innenzylinders wird das mit Wasserdampfdruck zu beaufschlagende Volumen des
Walzenkörpers vorteilhaft reduziert.
[0012] Bevorzugt kann zwischen einer Innenfläche des Walzenkörpers und einer Außenfläche
des Innenzylinders wenigstens ein Distanzelement vorgesehen sein. Vorteilhafterweise
sind eine Vielzahl von Abstandshaltern als axiale Rippen zwischen der Innenfläche
des Walzenkörpers und der Außenfläche des Innenzylinders vorgesehen, wodurch sowohl
die Wärmeübertragung als auch die Steifigkeit des Walzenkörpers verbessert werden
kann.
[0013] Vorteilhaft wird der Walzenkörper durch Gießen gegen Siliziumcarbid-Steine, bevorzugt
in einer Gussform aus Siliziumcarbid-Steinen hergestellt. Beim Gießprozess kann die
Abkühlgeschwindigkeit des Gusskörpers so eingestellt werden, dass die Schmelze auch
in der Umfangsrandzone des Walzenkörpers grau erstarrt. Insbesondere kann das grau
erstarrte Gusseisen des Walzenkörpers einen Sättigungsgrad S
c von mindestens 0,8 und höchstens 1,1, bevorzugt von mindestens 0,96 und höchstens
1,003, aufweisen. Der Sättigungsgrad kann mit
bestimmt werden, wobei die Prozentangaben Gewichtsprozent sind.
[0014] In bevorzugten Ausführungen weisen die Graphitkugeln des Kugelgraphits einen mittleren
Durchmesser von mindestens 0,01 mm und höchstens 0,1 mm, bevorzugt von mindestens
0,02 und höchstens 0,04 mm, auf. Die Ausscheidung des Graphits in Form nur solch kleiner
Graphitkugeln ist vorteilhaft für die mechanische Festigkeit und kann im Gießprozess
durch Zugabe von Impfelementen erzielt werden. Durch eine gezielte Einstellung der
Abkühlgeschwindigkeit kann die Größe der Graphitkugeln gesteuert werden.
[0015] Gusseisen mit Kugelgraphit (GJS) hat gegenüber Gusseisen mit lamellarem Graphit (GJL)
eine höhere Festigkeit sowie eine höhere Dehnung. Aus diesem Grund ist der Sicherheitsbeiwert
für Gusseisen mit Kugelgraphit (GJS) geringer, wodurch geringere Manteldicken des
Walzenkörpers umgesetzt werden können. Geringere Manteldicken führen wiederum zu einem
geringeren Massenträgheitsmoment des Trockenzylinders, was eine günstigere Energiebilanz
zur Folge hat. Vorteilhaft kann der Anteil des Kugelgraphits am frei eingelagerten
Graphit wenigstens 80 Gew.%, bevorzugt wenigstens 90 Gew.%, betragen.
[0016] Die Hartstoffschicht kann eine Dicke von mindestens 0,01 mm und bevorzugt höchstens
1 mm, bevorzugt von mindestens 0,1 mm und insbesondere höchstens 0,5 mm aufweisen.
Insbesondere kann die Hartstoffschicht ein Keramikmaterial, bevorzugt Wolframcarbid,
oder Nickel oder Chrom umfassen. Das Wort "oder" wird im üblichen logischen Sinne
und somit als ein "inklusive oder" verstanden, umfasst also sowohl die Bedeutung von
"entweder ... oder" als auch die Bedeutung von "und", soweit sich aus dem jeweils
konkreten Zusammenhang nicht ausschließlich nur eine eingeschränkte Bedeutung erschließt.
Entsprechend kann die Hartstoffschicht ein Keramikmaterial, Nickel oder Chrom als
Einzelverbindung oder mehrere dieser Materialien in Kombination umfassen.
[0017] In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Hartstoffschicht mittels Flammspritzen
oder Plasmaspritzen aufgebracht sein. Flamm- oder Plasmaspritzen sind verfahrenstechnisch
geeignete Oberflächenbehandlungen, mit denen zu beschichtende Gegenstände unterschiedlicher
Geometrie und Abmessung beschichtet werden können. Gerade für einen sehr groß dimensionierten
Walzenkörper haben sich diese Beschichtungsverfahren als vorteilhaft herausgestellt.
Alternativ oder zusätzlich kann zur Bildung der Hartstoffschicht Hartstoffmaterial
auf der äußeren Umfangsfläche des Walzenkörpers galvanisch, elektrolytisch oder autokatalytisch
abgeschieden werden.
[0018] Der hohle Walzenkörper wird durch Gießen von Gusseisen hergestellt. Für die Gussform
können Siliziumcarbid-Steine oder andere kühlenden Materialien verwendet werden. Die
Gießparameter, wie z. B. Dicke der Gussform, Material der Gussform, Impfmittel, sowie
die Kühlrate, werden so eingestellt, dass das Gusseisen als Grauguss mit sphärischem
Kugelgraphit (GJS) erstarrt. Auf diese Weise werden die oben aufgeführten Vorteile
bezüglich der verbesserten Trockeneigenschaften des Trockenzylinders erreicht. Die
Erfindung betrifft daher auch ein Verfahren zur Herstellung eines Trockenzylinders,
bei dem ein hohler Walzenkörper aus einem Gusseisen gegossen wird, wobei das Gusseisen
als Grauguss mit Kugelgraphit (GJS) erstarrt, und an der äußeren Umfangsfläche des
Walzenkörpers eine Hartstoffschicht aufgebracht wird.
[0019] Vorteilhafte Merkmale werden ferner in den Unteransprüchen und deren Kombinationen
offenbart.
[0020] Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels erläutert.
An dem Ausführungsbeispiel offenbar werdende Merkmale bilden je einzeln und in jeder
Merkmalskombination die Gegenstände der Ansprüche und auch die vorstehend erläuterten
Ausgestaltungen vorteilhaft weiter. Es zeigen:
- Fig. 1
- einen Walzenkörper eines Trockenzylinders für eine Tissue-Papiermaschine in einem
Querschnitt,
- Fig. 2
- den Querschnitt A-A der Fig. 1,
[0021] In der Fig. 1 ist ein hohler Walzenkörper 1 eines Trockenzylinders für eine Tissue-Papiermaschine
in einem Querschnitt dargestellt. Der Walzenkörper 1 hat einen Durchmesser von bevorzugt
wenigstens 4 m und höchstens 6 m und eine Länge von bevorzugt wenigstens 4 m und höchstens
7 m. Die Manteldicke des Walzenkörpers beträgt bevorzugt wenigstens 40 mm und höchstens
100 mm.
[0022] Der Walzenkörper 1 ist ein Gusskörper aus grau erstarrtem Gusseisen (GJS) mit frei
eingelagertem Graphit, welcher zumindest im Wesentlichen als Kugelgraphit vorliegt.
Die neben dem Querschnitt des Walzenkörpers 1 dargestellte schematische Detailansicht
verdeutlicht, dass der hohle Walzenkörper aus grau erstarrtem Gusseisen mit fein verteilten
Graphitkugeln 6 besteht.
[0023] An der äußeren Umfangsfläche 3 des Walzenkörpers 1 ist eine Hartstoffschicht 4 aufgebracht,
welche eine Dicke von bevorzugt wenigstens 0,1 mm und bevorzugt höchstens 0,5 mm aufweist.
Die Hartstoffschicht 4 wird vorteilhaft mittels Flammenspritzen oder Plasmaspritzen
von Keramikmaterial aufgetragen. Alternativ oder zusätzlich kann die Hartstoffschicht
4 galvanisch, elektrolytisch oder autokatalytisch abgeschiedenes Nickel oder Chrom
oder deren Verbindungen umfassen.
[0024] Der Hohlraum des Walzenkörpers 1 kann mit einem Wasserdampfdruck von mindestens 2
bar, bevorzugt wenigstens 10 bar, beaufschlagt werden. Der hohle Walzenkörper 1 bildet
somit einen Druckbehälter.
[0025] Wie aus der Fig. 2 hervorgeht, sind an einer Innenfläche 5 des Walzenkörpers 1 umlaufende
Rippen 7 zur Verbesserung der Wärmeübertragung und Steifigkeit des Walzenkörpers 1
angeordnet. Die umlaufenden Rippen 7 sind bevorzugt einstückig aus dem Material des
Walzenkörpers 1 herausgearbeitet. Bevorzugt sind die umlaufenden Rippen 7 mit gleichem
Abstand zueinander angeordnet.
[0026] In einer hier nicht dargestellten Ausführungsform kann innerhalb des Walzenkörpers
1 ein Innenzylinder als Verdränger koaxial angeordnet sein. Mittels des Innenzylinders
kann das mit Wasserdampfdruck zu beaufschlagende Volumen des Walzenkörpers 1 reduziert
werden. Zwischen der Innenfläche 5 des Walzenkörpers 1 und der Außenfläche des Innenzylinders
können eine Vielzahl von axial angeordneten Distanzelementen vorgesehen sein. Die
Distanzelemente können vorteilhaft sowohl die Wärmeübertragung als auch die Steifigkeit
des Walzenkörpers 1 verbessern.
1. Trockenzylinder für eine Tissue-Papiermaschine, insbesondere Yankee-Zylinder, mit
einem hohlen Walzenkörper (1) aus grau erstarrtem Gusseisen (GJS) mit frei eingelagertem
Graphit, welcher zumindest im Wesentlichen als Kugelgraphit vorliegt, wobei auf einer
äußeren Umfangsfläche (3) des Walzenkörpers (1) eine Hartstoffschicht (4) aufgebracht
ist.
2. Trockenzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Walzenkörper (1) einen Durchmesser von mindestens 1,5 m und höchstens 7 m, bevorzugt
von mindestens 4 m und höchstens 6 m, aufweist.
3. Trockenzylinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Walzenkörper (1) eine Länge von mindestens 2 m und höchstens 9 m, bevorzugt von
mindestens 4 m und höchstens 7 m, aufweist.
4. Trockenzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Walzenkörper (1) eine Manteldicke von mindestens 20 mm und höchstens 150 mm,
bevorzugt von mindestens 40 mm und höchstens 100 mm, aufweist.
5. Trockenzylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartstoffschicht (4) eine Dicke von mindestens 0,01 mm und höchstens 1 mm, bevorzugt
von mindestens 0,1 mm und höchstens 0,5 mm aufweist.
6. Trockenzylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Innenfläche (5) des Walzenkörpers (1) wenigstens eine Rippe (7), insbesondere
eine umlaufende Rippe, angeordnet ist.
7. Trockenzylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Walzenkörpers (1) ein Innenzylinder, bevorzugt koaxial, angeordnet
ist.
8. Trockenzylinder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer Innenfläche (5) des Walzenkörpers (1) und einer Außenfläche des Innenzylinders
wenigstens ein Distanzelement vorgesehen ist.
9. Trockenzylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Walzenkörper (1) einen Druckbehälter bildet, der mit einem Druck, insbesondere
einem Wasserdampfdruck, von bevorzugt bis zu 15 bar beaufschlagbar ist.
10. Trockenzylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das grau erstarrte Gusseisen des Walzenkörpers (1) einen Sättigungsgrad (Sc) von mindestens 0,8 und höchstens 1,1, bevorzugt von mindestens 0,96 und höchstens
1,003, aufweist.
11. Trockenzylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Graphitkugeln (6) des Kugelgraphits einen mittleren Durchmesser von mindestens
0,01 mm und höchstens 0,1 mm, bevorzugt von mindestens 0,02 mm und höchstens 0,04
mm, aufweisen.
12. Trockenzylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des Kugelgraphits am frei eingelagertem Graphit wenigstens 80 Gew.-%,
bevorzugt wenigstens 90 Gew.-%, beträgt.
13. Trockenzylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartstoffschicht (4) ein Keramikmaterial, bevorzugt Wolframcarbid, oder Nickel
oder Chrom oder deren Verbindungen umfasst.
14. Trockenzylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartstoffschicht (4) mittels Flammenspritzen oder Plasmaspritzen aufgebracht
ist.
15. Trockenzylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung der Hartstoffschicht (4) Hartstoffmaterial auf der äußeren Umfangsfläche
(3) des Walzenkörpers (1) galvanisch, elektrolytisch oder autokatalytisch abgeschieden
ist.