Papiermesser und Verfahren zu dessen Herstellung

Abstract

 Papiermesser für den Perforationsschnitt für papierverarbeitende Maschinen sind Einwegmesser und sind aus Vergütungsstahl hergestellt. Die Standzeit derartiger Messer, die es in verschiedenen Ausführungen gibt, ist relativ niedrig.
Erfindungsgemäß ist das Messer aus Vergütungsstahl im verschleißbeanspruchten Teil der Schneide oder der Zähne mit dem Elektronen- oder Laserstrahl derart gehärtet, daß in dessen Bereich eine wesentlich höhere Härte vorhanden ist. Es liegt dabei auch ein feiner verteilter Martensit in diesem Bereich vor.
Das Verfahren wird erfindungsgemäß derart ausgeführt, daß der verschleißbeanspruchte Teil des Papiermessers in einem Kurzzeithärteverfahren mit Selbstabschreckung durch Beaufschlagung mittels eines Elektronen- oder Laserstrahles behandelt wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Messer für den Papierschnitt, insbesondere auch als verzahntes Messer für den Perforationsschnitt. Der Schnitt wird in der Regel quer zur Bahnrichtung und während des Laufes der Papierbahn ausgeführt. Derartige Messer werden vorzugsweise in druck- und papierverarbeitenden Maschinen als sogenannte Einwegmesser eingesetzt, um die Papierbahnen in Doppelseiten zu trennen. In diesem Anwendungsfall sind die Messer in eine Walze, über welche das Papier lauft, eingesetzt, und während der Rotation druckt bei jedem Umlauf eine Leiste gegen das Messer und trennt dabei die Papierbahn ab.

[0002] Derartige Papiermesser werden in Maschinen zur Papierherstellung und -verarbeitung in verschiedensten Formen und Ausführungen entsprechend den unterschiedlichen Schneidaufgaben verwendet. Sie bestehen in der Regel aus verschleißarmen Stählen. Ihre Schneid- und Verschleißeigenschaften werden sowohl durch ihre geometrische Ausbildung, insbesondere im Schneidenbereich, die Wahl des Werkstoffes, insbesondere seine chemische Zusammensetzung, und den Wärmebehandlungszustand bestimmt. Im Interesse einer hohen Standzeit des Messers werden zum Teil Messer aus HSS-Stahl oder Messer verwendet, deren Schneide durch Hartmetall gebildet wird. Es ist auch bekannt, den Schneidenbereich des Papiermessers mit Zähnen zu versehen.
Die Messer aus vergütetem Stahl haben den Nachteil, daß sie eine relativ geringe Standzeit haben und werden als Einwegmesser angeboten, um sie nach dem Verschleiß wegzuwerfen und durch neue zu ersetzen. Sie sind relativ billig.
Werden dagegen die Papiermesser aus hochwertigen Stählen hergestellt oder die Schneiden bzw. Zähne aus Hartmetall gebildet, erhöht sich zwar die Standzeit, aber die Herstellungskosten der Papiermesser steigen ebenfalls erheblich. Dadurch steht der Mehraufwand nicht immer im Verhältnis zur Erhöhung der Einsatzzeit des Papiermessers.

[0003] Es ist auch bekannt, ein Schneidwerkzeug im Bereich seiner Schneide zu härten. Die Härtung erfolgt im Durchlaufverfahren mittels Hochfrequenz. Zwangsläufig erfolgt bei der erforderlichen Temperatur ein Verzundern und Anlaufen des Messers. Um das zu verhindern, wird der zu härtende Bereich von Schutzgas umspült. Außerdem dient das Schutzgas dem zur Härtung erforderlichen Abschrecken (DE 39 19 536 A 1). Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß der zusätzliche Verfahrensschritt des Abschreckens neben dem höheren apparativen Aufwand ein zusätzliches Medium erfordert und ohne dieses das Messer anläuft und verzundert.

[0004] Weiterhin ist es bekannt, durch ein geeignetes Härteverfahren die Schneidkanten eines Stanzmessers mit gezahnter Schneidkante mit einer definierten Härte zu versehen. Dazu werden die bekannten Härtemethoden vorgeschlagen (DE-OS 21 52 622). Die Härtung verläuft derart, daß die Härte von der Zahnspitze zum Zahnfuß zunimmt und zum Grundkörper hin abnimmt oder gleich bleibt. Das hat den Nachteil, daß nach kurzer Zeit die eigentliche Schneidkante, bzw. die Zahnspitzen, verschleißen, denn dort ist die geringste Härte. Durch diese Härtung ist auch nicht gegeben, daß im Verschleißbereich fein verteilter Martensit entsteht, der die hohe Qualität sichert.

[0005] Ein entscheidender Nachteil aller bekannten Papiermesser mit einer geringen Standzeit ist neben den Kosten für ein neu einzusetzendes Messer, daß jeder Wechsel in der Schneideinrichtung zur Unterbrechung des papierverarbeitenden Prozesses führt.

[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Papiermesser aus Vergütungsstahl zu schaffen, welches eine wesentlich höhere Standzeit als die bekannten Stahlmesser hat und vorzugsweise für den Perforationsquerschnitt geeignet ist. Der Aufwand für die Herstellung dieser Papiermesser darf nur so hoch sein, daß ein wirtschaftlicher Vorteil durch die Standzeiterhöhung gegeben ist. Das Papiermesser soll nach wie vor ein Wegwerfprodukt sein. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren aufzuzeigen, welches geeignet ist, das Papiermesser, welches auch Zähne im Schneidenbereich haben kann und aus Vergütungsstahl besteht, so herzustellen, daß die zusätzlichen Kosten im angemessenen Verhältnis zur Erhöhung der Standzeit stehen. Da der Bedarf an Papiermessern hoch ist, muß das Verfahren zur Massenfertigung geeignet sein.

[0007] Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Messer aus einem Vergütungsstahl mit einer Festigkeit im mittleren Wertebereich, dessen Schneide auch zahnförmig ausgebildet sein kann und im Schneidenbereich eine höhere Härte besitzt, dadurch gelöst, daß die Schneide zumindest im verschleißbeanspruchten Teil mit Elektronen- oder Laserstrahl gehärtet ist. Im genannten Bereich liegt dabei ein feiner verteilter Martensit als im übrigen Bereich des Papiermessers vor. Der Härtebereich zeichnet sich trotz hoher Härte durch gleichzeitige hohe Zähigkeit aus.

[0008] Das Papiermesser ist vor der Behandlung mit dem Elektronen- oder Laserstrahl auf eine mittlere Festigkeit vergütet und dessen verschleißbeanspruchter Teil der Schneide bzw. Zähne ist durch Elektronen- oder Laserstrahl gehärtet.

[0009] Das Verfahren zur Herstellung des Papiermessers besteht darin, daß das vorzugsweise geometrisch fertig bearbeitete und vergütete Papiermesser in seinem Schneiden- bzw. Zahnbereich, jedoch mindestens dessen verschleißbeanspruchter Teil, einem Kurzzeithärteverfahren mit Selbstabschreckung durch Einwirkung von Elektronen- oder Laserstrahlen unterzogen wird. Bei Papiermessern mit Zähnen wird der Elektronenstrahl durch Relativbewegung zwischen dem Papiermesser und dem Elektronenstrahl so zur Einwirkung gebracht, daß der Elektronenstrahl von der steilen Flanke kommend auftrifft. Das ist unbedingt zweckmäßig, um in der Zahnspitze einen Wärmestau zu vermeiden, der zum Anschmelzen derselben führen würde.

[0010] Das Verfahren wird vorteilhafterweise derart ausgeführt, daß der Elektronenstrahl gepulst zur Einwirkung gebracht wird oder daß der Elektronenstrahl nach einer zeitlinearen, periodischen Ablenkfunktion mit Ablenkrichtung senkrecht zur Längsachse des Papiermessers zur Einwirkung gebracht wird.

[0011] Es konnte weiterhin festgestellt werden, daß die Gefügequalität durch den feiner verteilten Martensit beim Elektronenstrahlhärten die Eigenschaften des Messers bezüglich Standfestigkeit wesentlich verbessert.

[0012] Weiterhin ist es zweckmäßig, aus Gründen der Wirtschaftlichkeit eine Vielzahl von Papiermessern parallel zueinander zu einem Paket so anzuordnen, daß der gescannte Elektronenstrahl die gesamte Messeranordnung überstreicht und dabei auf jedem Papiermesser mit dem gleichen Zeitanteil einwirkt. Während der Strahleinwirkung wird zumindest der verschleißende Teil der Messerschneide bzw. des Zahnes über die Austenitisierungstemperatur hinaus erwärmt. Die Härtung erfolgt durch wärmeleitungsbedingte Selbstabschreckung.

[0013] Die erfindungsgemäßen Papiermesser weisen den wesentlichen Vorteil auf, daß sie eine größenordnungsmäßig höhere Standzeit besitzen. Im Gegensatz zu einem durchgehärteten Papiermesser, welches danach spröde ist, bleibt das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gehärtete Messer elastisch, denn nur im Verschleißbereich ist das Messer hart.

[0014] An einem Ausführungsbeispiel wird die Erfindug näher erläutert.

[0015] Die zugehörige Zeichnung zeigt in

Fig. 1: eine ausschnittsweise Ansicht eines Papiermessers für den Perforationsschnitt in einer Rollendruckmaschine, mit einem Querschnitt,

Fig. 2: einen Flachschliff durch einen gehärteten Zahn eines Papiermessers,

Fig. 3: den Härte-Tiefe-Verlauf in der Schnittebene A-A der Fig. 2.

[0016] In Fig. 1 ist ein Teil eines gezahnten Messers dargestellt, wie es für den Querschnitt in Rollendruckmaschinen eingesetzt wird. Das Papiermesser ist aus einem Vergütungsstahl hergestellt, wie es nach dem Stand der Technik bisher üblich war. Das Papiermesser ist auf 500 HV 0,05 vergütet und geometrisch fertig bearbeitet, d. h. die Zähne 1 sind geschliffen.

[0017] Nunmehr wird der verschleißbeanspruchte Teil des Papiermessers, im Beispiel der Flankenbereich der Zähne 1, durch Beaufschlagung mit dem Elektronenstrahl, der hochfrequent abgelenkt wird, gehärtet. Dabei wird das Energieübertragungsfeld entlang der Richtung 4 geführt.

[0018] Die Fig. 2 zeigt das durch die Elektronenstrahlbehandlung entstandene Härteprofil. Die Härtezone 2 ist durch eine schmale Übergangszone 3 vom Ausgangsgefüge getrennt. Dieses Profil wird durch die Art und Weise der Energieübertragung und die Ortsabhängigkeit der Wärmeleitbedingungen erzeugt.

[0019] Die Fig. 3 zeigt den Verlauf der Härte h, die durch die Elektronenstrahlbehandlung erzeugt wird, im Abstand a von der Zahnspitze. Die Härte in der Härtezone 2 beträgt nach der Elektronenstrahlbehandlung 850 HV 0,05.

Ansprüche

1. Papiermesser, insbesondere für den perforierenden Querschnitt von Papierbahnen, aus einem Vergütungsstahl mit einer Festigkeit im mittleren Wertebereich, dessen Schneide eine wesentlich höhere Härte besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneide, jedoch mindestens deren verschleißbeanspruchter Teil, mit Elektronen- oder Laserstrahl gehärtet ist und ein feiner verteilter Martensit als im übrigen Bereich des Papiermessers vorliegt.

2. Papiermesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneide zahnförmig ausgebildet ist und diese Zähne bzw. mindestens deren verschleißbeanspruchter Teil mit Elektronen- oder Laserstrahl gehärtet ist.

3. Papiermesser nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Papiermesser auf eine Festigkeit von ca. 500 HV 0,05 vergütet ist und der verschleißbeanspruchte Teil der Schneide bzw. Zähne auf > 850 HV 0,05 gehärtet ist.

4. Verfahren zur Herstellung von Papiermessern nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das geometrisch fertig bearbeitete, ggf. mit Zähnen versehene Papiermesser im Schneiden- oder Zahnbereich, jedoch mindestens in deren verschleißbeanspruchtem Teil, einem Kurzzeithärteverfahren mit Selbstabschrekkung derart unterzogen wird, daß der Schneidenbereich oder die Zähne, mindestens aber der verschleißbeanspruchte Teil, mit Elektronen- oder Laserstrahlen beaufschlagt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenstrahl hochfrequent gepulst zur Einwirkung gebracht wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenstrahl auf dem in Schneidenrichtung mit konstanter Geschwindigkeit bewegten Papiermesser nach einer zeitlinearen periodischen Ablenkfunktion mit Ablenkrichtung senkrecht zur Bewegungsrichtung des Papiermessers auf dem Schneiden- oder Zahnbereich zur Einwirkung gebracht wird.

7. Verfahren nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Papiermessern nebeneinander zu einem Paket angeordnet werden, und daß der Elektronenstrahl mit einer die Paketbreite übersteigenden Scanamplitude auf dem Paket zur Einwirkung gebracht wird und zwischen dem Elektronenstrahl und dem Paket von Papiermessern eine Relativbewegung ausgeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenstrahl zusätzlich zur Scanrichtung in Längsrichtung der Papiermesser derart abgelenkt wird, daß ein Zeilenraster mit entgegen der Bewegungsrichtung der Papiermesser abnehmender Zeilendichte erzeugt wird.

Zeichnung