WALZE

Beschreibung

[0001] Die Erfindung geht aus von einer Walze zur Verwendung in einer Maschine zur Herstellung und/oder Veredelung einer Faserstoffbahn wie einer Papier-, Karton- oder Tissuebahn nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Eine derartige Walze ist beispielsweise aus DE 36 21 154 A1 bekannt. Derartige Walzen sind in einer Vielzahl von Positionen und mit einer Vielzahl von Funktionen in den oben genannten Maschinen vorhanden. So sind Walzen mit weichen Bezugsschichten zum Pressen und Entwässern der Faserstoffbahn geeignet, Walzen mit harten Oberflächen insbesondere auch mit einer Heizvorrichtung kommen vor allem zum Glätten und Trocknen zur Anwendung.

[0002] Die letztgenannten Walzen sind dabei früher vielfach aus Granit hergestellt und mit hoher Güte geschliffen worden. Neuere Konzepte sahen Stahlwalzen vor, welche ebenfalls poliert wurden. Da diese Walzen allesamt verschiedene Nachteile wie beispielsweise das hohe Gewicht im Fall der Granitwalzen oder die Anfälligkeit für Korrosion im Fall der Stahlwalzen aufweisen, setzten sich mit der Zeit neue Verfahren zum Beschichten von Walzenkörpern aus Stahl oder aus Verbundwerkstoffen durch, welche eine metallische, keramische oder Cermet-Spritzschicht mittels Verfahren wie HVOF- oder Flammspritzen auf dem Walzenkörper ausbilden. Derartige Walzen sind seit längerer Zeit bekannt und bilden den derzeitigen Stand der Technik beispielsweise bei Zentralpresswalzen, Trockenzylindern und Leitwalzen.

[0003] Der Prozess des thermischen Beschichtens sieht dabei vor, dass Pulver oder Drähte mittels Eintrags von thermischer Energie erschmolzen und auf den zu beschichtenden Walzenkern kinetisch beschleunigt. Die Eigenschaften und Möglichkeiten der Spritzprozesse sind im Wesentlichen von dem Verhältnis der kinetischen zur thermischen Energie gegeben.

[0004] Eine Walze mit einer Beschichtung aus einem Metalloxid ist beispielsweise aus der EP 0870867 B1 bekannt. Dort wird eine Walze für eine Papiermaschine, Kartonmaschine oder eine Finishing-Maschine mit einer keramischen Lage in einer Dicke von 100 bis 2000 µm beschrieben, die auf die Oberfläche der Walze aufgetragen wird, wobei die Rauhigkeit Ra der Außenfläche der Walze 0,2 bis 2,0 µm und vorzugsweise 0,4 bis 1,5 µm beträgt. Die keramische Lage weist 50 bis 95 % und vorzugsweise 55 bis 80 % an Cr₂O₃ und 3 bis 50 % und vorzugsweise 20 bis 45 % an TiO₂ und möglicherweise andere Metalloxide auf.

[0005] Die bekannten Verfahren sowie die dadurch erzeugbaren metallischen, keramischen oder Cermet-Beschichtungen sind dabei mit diversen Nachteilen behaftet.

[0006] Einerseits kommt es durch den alleinigen Energieeintrag in das aufzubringende Material und eine Abkühlgeschwindigkeit bis zu 10⁶ K/s lediglich zu einer mechanischen Verbindung bzw. Verklammerung des Rohstoffs auf dem Walzenkern. Um diese Verklammerung so effektiv wie möglich zu gestalten, ist eine sorgfältige vorbereitende Oberflächenbehandlung wie Sandstrahlen und dergleichen vonnöten, welche aufwendig und zeitintensiv ist.

[0007] Andererseits ist die Beschichtungsstruktur je nach Material und/oder Herstellungsprozess geschlossen porös bis hin zu offener Porosität. Die Porosität kann zu erhöhter Korrosionsneigung und zu Haftungsproblemen führen. Entsprechend muss die Oberfläche der Spritzschicht beispielsweise durch abschließende Versiegelung mit einem Polymer verfüllt werden.

[0008] Des Weiteren ist thermisches Spritzen aufgrund der schlechten Auftragseffizienz des Pulvers hinsichtlich der µm pro Hub und dem Prozentanteil des auf der Walze verbleibenden Pulvers kein ökonomisches und auch kein ökologisches Verfahren.

[0009] Es ist dementsprechend Aufgabe der Erfindung, eine Walze anzugeben, deren Beschichtung hinsichtlich ihrer Haftung am Walzenkern und ihrer Korrosionsbeständigkeit den Anforderungen genügt, die durch Papier-, Karton- oder Tissuemaschinen hinsichtlich Temperaturen, Feuchtigkeit und Belastung durch Chemikalien gestellt werden.

[0010] Die Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 in Kombination mit den gattungsbildenden Merkmalen.

[0011] Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass der Legierungsbereich eine Stärke von 0,5 bis 3%, vorzugsweise von 1%, der Schichtstärke der Beschichtung aufweist.

[0012] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsvarianten und Aspekte der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

[0013] Die Beschichtung kann bevorzugt unter Verwendung einer induktiven Vorrichtung, einer Plasmakanone oder eines Lasers hergestellt sein.

[0014] Vorteilhafterweise kann der Werkstoff in Pulverform, in Stabform oder als Draht vorliegen.

[0015] Gemäß vorteilhafter Aspekte der Erfindung kann die Beschichtung zumindest eine Schicht, die durch einen einzelnen Hub erzeugt ist, oder bevorzugt mehrere Schichten, die durch mehrere Hübe erzeugt sind, aufweisen.

[0016] Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ohne Einschränkung der Allgemeinheit näher beschrieben. In den Figuren zeigen:

Fig. 1A-1

Beine stark schematisierte geschnittene Ansicht durch eine thermische Spritzschicht und eine erfindungsgemäße Beschichtung, und

Fig. 2

eine stark schematisierte Darstellung des Auftrags einer erfindungsgemäßen Beschichtung.

[0017] In Fig. 1 ist zur leichteren Orientierung eine thermische Spritzschicht gemäß dem Stand der Technik (Fig. 1A) einer erfindungsgemäß durch Laser Cladding erzeugten Beschichtung (Fig. 1B) gegenübergestellt.

[0018] Die grundsätzliche Aufgabe einer Walzenbeschichtung kann je nach Position in der Papier-, Karton- oder Tissuemaschine von "nur verschleißbeständig" bis hin zu "nur korrosionsbeständig" reichen. Allen Positionen gemein jedoch ist die Forderung nach guter Haftung der Walzenbeschichtung am Walzenkern. Die weiter oben angeführten Nachteile können durch eine verbesserte Haftung der Beschichtung am Walzenkern dahingehend gemildert werden, dass die Anbindung des Beschichtungsmaterials nicht auf einer rein mechanischen Verklammerung, sondern auf einer metallurgischen Bindung beruht.

[0019] Durch diese "echte" Haftung, die nur in einem Bereich von 0,5 bis 3% der Schichtdicke vorhanden sein muss, kann eine Steigerung der Haftzugfestigkeit um bis zu 80% gegenüber einer thermischen Spritzschicht erzielt werden. Dieser Anstieg in der Haftung bringt vor allem je nach Position im Bereich der Sicherheit bei Bespannungsrissen und anderen auch lokalen Überlastungen eine erhöhte Laufzeit.

[0020] In Kombination der verbesserten Haftung mit einer verringerten Porosität der Beschichtung kann zudem die Korrosionsbeständigkeit gegenüber einer herkömmlichen thermischen Spritzschicht erhöht werden.

[0021] Betrachtet man Fig. 1, so ist in der linken Darstellung, Fig. 1A, ein Ausschnitt aus einer Walze 1 mit einer herkömmlichen thermischen Spritzschicht 2 stark schematisiert geschnitten dargestellt. Die Spritzschicht 2 ist auf einem Walzenkörper 3 aufgebracht, der aus Metall, vorzugsweise aus Stahl besteht.

[0022] Wie weiter oben erläutert, kann die Spritzschicht 2 aus metallischen, keramischen oder Cermet-Werkstoffen zumindest teilweise bestehen. Die Anbindung der Werkstoffe an den Walzenmantel 3 erfolgt lediglich durch eine mechanische bzw. formschlüssige Verklammerung der erschmolzenen Partikel am Material des entsprechend präparierten Walzenmantels 3. Das so gebildete Interface 4 hat in radialer Richtung gesehen keine signifikante Ausdehnung. Die Anhaftung ist somit begrenzt. Insbesondere bei Korrosion durch Unterwanderung von Wasser und bei punktuellen mechanischen Überbelastungen wie beispielsweise beim Durchgang eines Fremdkörpers durch einen Walzenspalt zwischen zwei Walzen 1 ist somit damit zu rechnen, dass sich die Spritzschicht 2 bereichsweise vom Walzenmantel 3 löst. Dies kann zu Gefährdung des Bedienpersonals und zu Schädigungen nachfolgender Maschinenteile führen.

[0023] Demgegenüber ist in Fig. 1B in gleicher Ansicht wie Fig. 1A ein Querschnitt durch eine erfindungsgemäß mittels Laser Cladding hergestellten Beschichtung 5 dargestellt. Die Anbindung der Werkstoffe, die zu der Beschichtung 5 aufgebaut werden, an die Oberfläche des Walzenmantels 3, ist hier in einem verstärkten Maße vorhanden, da der Energieeintrag insgesamt höher ist und nicht nur die Werkstoffe erschmolzen, sondern auch thermische Energie in die Oberfläche des Walzenmantels 3 eingetragen wird. Dadurch wird der Walzenmantel 3 in geringem Maße angeschmolzen, so dass der Werkstoff, der durch eine geeignete Auftragsvorrichtung aufgetragen wird, in das Material des Walzenmantels einlegieren kann und somit eine metallurgische Verbindung mit dem Material des Walzenmantels 3 eingeht. Die kinetische Energie trägt hier somit kaum zum Beschichtungsprozess bei, im Gegensatz zum thermischen Spritzen.

[0024] Dabei ist es ausreichend, wenn ein Legierungsbereich 6 0,5 bis 3%, bevorzugt 1% der aufzubauenden Schichtstärke der Beschichtung 5 ausmacht.

[0025] Dies ist in Hinblick auf das ebenfalls bekannte Verfahren des Auftragsschweißens als positiv zu bewerten. Einerseits ist der Legierungsbereich 6 kleiner, so dass eine feinere Verarbeitung der Werkstoffe möglich ist, was die Oberflächenqualität der Beschichtung 5 verbessert und nachfolgende Arbeitsschritte reduziert.

[0026] Andererseits wird die durch das Laser Cladding hergestellte Beschichtung 5 gewöhnlich in mehreren Hüben hergestellt, wobei zwischen den Lagen der einzelnen Hübe ebenfalls wieder ein Legierungsbereich entsteht, da jedes Mal der darunterliegende Bereich erneut angeschmolzen und mit der darauf liegenden weiteren Lage legiert wird. Daraus ergibt sich wiederum erhöhte Haftung und Korrosionsbeständigkeit.

[0027] In Fig. 2 ist in stark schematisierter Ansicht der Aufbau einer Beschichtung 5 auf eine Walze 1 dargestellt.

[0028] Die Walze 1 ist dabei rotierend gelagert und wird geeignet angetrieben, so dass sie sich unter einer vorzugsweise axial entlang der Walze 1 verschieblichen Auftragsvorrichtung 7 hinwegdreht. Dadurch kann die gesamte Oberfläche der Walze 1 in einer kontinuierlichen Spirallinie in zumindest einem oder mehreren Hüben beschichtet werden. Es ist jedoch auch möglich, die Beschichtung 5 in anderer Weise aufzubringen, z. B. in radialen Ringen oder axialen Streifen. Die Auftragsvorrichtung 7 umfasst im Wesentlichen eine Werkstoffzufuhr 8 und eine Energiequelle 9, in welche der gewöhnlich pulverförmige Werkstoff eingetragen wird.

[0029] Als Energiequelle 9 sind induktive sowie plasmaerzeugende Vorrichtungen und Laser verschiedener Typen wie CO₂-Laser, HDPL (High Power Diode Laser) oder DDL (Direct Diode Laser) denkbar. Der Aufbau einer Beschichtung 5 mittels Laser Cladding stellt dabei die technologisch am einfachsten zu realisierende Variante dar.

[0030] Ein großer ökonomischer Vorteil des Verfahrens ist in der hohen Abscheideeffizienz gegenüber thermischen Beschichtungen bei erhöhter Schichtstärke pro Hub (µm/pass) zu sehen.

Ansprüche

1. Walze (1) zur Verwendung in einer Maschine zur Herstellung und/oder Weiterverarbeitung einer Faserstoffbahn wie einer Papier-, Karton- oder Tissuebahn, umfassend einen Walzenmantel (3), der zumindest bereichsweise aus einem metallischen Werkstoff besteht, und einer darauf ausgebildeten Beschichtung (5), wobei die Beschichtung (5) zumindest bereichsweise einen metallischen und/oder Cermet-Werkstoff umfasst, wobei zwischen dem Walzenmantel (3) und der Beschichtung (5) ein Legierungsbereich (6) ausgebildet ist, in dem eine metallurgische Verbindung zwischen dem metallischen und/oder Cermet-Werkstoff der Beschichtung (5) und dem Material des Walzenmantels (3) besteht, dadurch gekennzeichnet, dass der Legierungsbereich (6) eine Stärke von 0,5 bis 3%, vorzugsweise von 1%, der Schichtstärke der Beschichtung (5) aufweist.

2. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (5) unter Verwendung einer induktiven Vorrichtung, einer Plasmakanone oder eines Lasers hergestellt ist.

3. Walze nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff in Pulverform, als Draht oder in Stangenform vorliegt.

4. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (5) zumindest eine Schicht, die durch einen einzelnen Hub erzeugt ist, bevorzugt mehrere Schichten, die durch mehrere Hübe erzeugt sind, aufweist.

Claims

1. Roll (1) for use in a machine for producing and/or further processing a fibrous web such as a paper, board or tissue web, comprising a roll shell (3), at least some sections of which consist of a metal material, and a coating (5) formed thereon, wherein at least some sections of the coating (5) comprise a metallic and/or cermet material, an alloy region (6) being formed between the roll shell (3) and the coating (5), in which region there is a metallurgical connection between the metallic and/or cermet material of the coating (5) and the material of the roll shell (3), characterized in that the alloy region (6) has a thickness of 0.5 to 3%, preferably of 1%, of the layer thickness of the coating (5).

2. Roll according to Claim 1, characterized in that the coating (5) is produced by using an inductive device, a plasma gun or a laser.

3. Roll according to either of Claims 1 and 2, characterized in that the material is present in powder form, as wire or in rod form.

4. Roll according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the coating (5) has at least one layer which is produced by a single pass, preferably a plurality of layers which are produced by a plurality of passes.

Revendications

1. Cylindre (1) destiné à une utilisation dans une machine pour la fabrication et/ou la transformation d'une bande de matière fibreuse telle qu'une bande de papier, de carton ou de tissu, comprenant une gaine de cylindre (3), qui est constituée au moins par endroits d'un matériau métallique, et un revêtement (5) formé sur celle-ci, le revêtement (5) comprenant au moins par endroits un matériau métallique et/ou céramique-métal, une zone d'alliage (6) étant formée entre la gaine de cylindre (3) et le revêtement (5), consistant en une liaison métallurgique entre le matériau métallique et/ou céramique-métal du revêtement (5) et le matériau de la gaine de cylindre (3), caractérisé en ce que la zone d'alliage (6) présente une épaisseur de 0,5 à 3 %, de préférence de 1 %, de l'épaisseur de couche du revêtement (5).

2. Cylindre selon la revendication 1, caractérisé en ce que le revêtement (5) est fabriqué en utilisant un dispositif inductif, un canon à plasma ou un laser.

3. Cylindre selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le matériau se présente sous la forme de poudre, sous la forme d'un fil ou sous la forme d'une tige.

4. Cylindre selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le revêtement (5) comprend au moins une couche, qui est formée par une course unique, de préférence plusieurs couches, qui sont formées par plusieurs courses.

Zeichnung