DE19529711A1 - Walze - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Walze der dem Ober­ begriff des Anspruchs 1 entsprechenden Art.

Derartige Walzen werden zur Behandlung der in Rede stehenden Bahnen vielfältig eingesetzt, insbesondere beim Glätten und Satinieren von Papier. In diesem Fall arbeitet eine Walze mit einem elastisch nachgiebigen Überzug mit einer beheizten Gegenwalze mit einem glattpolierten Walzen­ umfang aus Stahl zusammen, wie es z. B. in der DE 30 20 669 A1 dargestellt ist. Der elastisch nachgiebige Überzug kann aus Kunststoff von etwa 10 mm bis 30 mm radialer Stärke bestehen. Besonders in früherer Zeit wurden die elastisch nachgiebigen Walzen als sogenannte Papierwalzen ausgebildet, bei denen auf dem Walzenkörper Ringscheiben aus Papier hin­ tereinander aufgereiht und zwischen Endscheiben aus Stahl unter hohem axialen Druck zu einem kompakten Belag zusammen­ gedrückt werden. Die Papierwalzen werden überschliffen, so daß sie eine exakte zylindrische Umfangsfläche erhalten. Der Papierbelag weist Eigenschaften auf, die für den Glättungs- und Satiniervorgang besonders vorteilhaft sind. Die Papier­ walzen werden im Kalander oder im Glättwerk meist im Wechsel mit gegebenenfalls beheizten harten Walzen mit einer Ober­ fläche aus Stahl eingesetzt. Überwiegend sind also im Walz­ spalt eines Kalanders oder eines Glättwerks eine weiche Walze und eine harte Walze miteinander gepaart.

Der eigentliche Glättungseffekt tritt hierbei auf der Seite der beheizten "harten" Walze auf, während auf der Seite der "weichen" Walze kaum eine Veränderung an dem Pa­ pier festzustellen ist. Die weiche Walze wird eingesetzt, um im Walzspalt eine gewisse Nachgiebigkeit sicherzustellen. Die einlaufende Papierbahn hat eine innere Struktur mit dickeren und härteren Stellen. Würde man eine solche Papier­ bahn zwischen zwei harten Walzen glätten, so könnte die sogenannte Speckigkeit des Papiers auftreten, bei der die härteren Stellen gewaltsam eingeebnet werden und dadurch eine gewisse Glasigkeit und Umständen auch eine Dunkelfär­ bung zeigen. Diese Wirkungen kommen durch überhöhte Drücke an den dichteren Stellen des Papiers zustande, die durch das Zusammenwirken einer harten Walze mit einer weichen Walze vermieden werden.

Um die notwendige Gesamtwirkung an der Papierbahn zu erzielen, ist es aus der DE 32 01 635 C2 schon bekannt, zwei Walzenpaare unmittelbar hintereinander auf die Papierbahn einwirken zu lassen, wobei der Angriff der weichen Walze von der gleichen Seite der Papierbahn erfolgen kann, wenn eine Schonung der der Walkarbeit unterliegenden weichen Beläge angestrebt und der gewünschte Effekt in zwei Schritten er­ zielt werden soll, oder von verschiedenen Seiten, wenn das Papier sogleich beidseitig die gewünschte Oberflächenverbes­ serung erhalten soll.

Bei den bekannten Vorrichtungen zur Erzeugung von Glät­ te und Glanz ist die weiche Walze an der gewünschten Wirkung eigentlich kaum beteiligt, sondern hat nur die Funktion der Schonung der Papierbahn. Das führt dazu, daß in vielen Fäl­ len mehrere Walzspalte zur Herbeiführung des gewünschten Effekts notwendig sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Walze der gattungsgemäßen Art so auszugestalten, daß sie in den Behandlungsvorgang der Bahn, insbesondere der Papierbahn mehr einbezogen werden kann.

Diese Aufgabe wird durch eine Walze der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechenden Art gelöst.

Im Hinblick auf die elastische Nachgiebigkeit kann durch geeignete Auswahl des Weichmetalls dafür gesorgt wer­ den, daß die Verhältnisse ähnlich gelagert sind wie bei einer mit einem Kunststoffüberzug z. B. aus härterem Poly­ urethan versehenen Walze. Der Ausdruck "Weichmetall" soll im vorliegenden Zusammenhang Metalle bedeuten, deren E-Modul zwar ein Mehrfaches des E-Moduls der üblichen Kunststoff­ überzüge beträgt, die aber immer noch eine genügende Nach­ giebigkeit und Rückstellfähigkeit besitzen, um bei einem Einsatz als Walzenüberzug die Funktion der Verringerung von Druckspannungsspitzen in einem Substrat wie Papier ausüben zu können, wenn dieses zwischen einer mit dem "Weichmetall" belegten Walze und einer harten Walze geglättet wird.

Der entscheidende Punkt des Weichmetallüberzugs ist je­ doch, daß eine Walze mit einem metallischen Überzug im Hin­ blick auf die Wärmeleitung einer Walze mit einem Kunststoff­ überzug weitaus überlegen ist. Eine solche Walze kann also die zwischen der Bahn und der Walze übertragene Wärmemenge in einer ganz anderen Art beeinflussen als eine mit einem Kunststoffüberzug versehene Walze oder eine Papierwalze.

Diese Eigenschaft kommt insbesondere dann zur Geltung, wenn die Walze von innen beheizt ist und durch den Überzug hindurch Wärme auf die Bahnoberfläche zu übertragen ist. Dies funktioniert bei einem metallischen Überzug in erheb­ lich größerem Umfang als bei einem Kunststoff- oder Papier­ überzug.

Gemäß Anspruch 2 kommt als Weichmetall ein solches mit einem Schmelzpunkt von mehr als 200°C und einem E-Modul von weniger als 50.000 N/mm², insbesondere von weniger als 20.000 N/mm² (Anspruch 3), in Betracht.

Die 200°C-Grenze ist durch die heute vorkommenden maxi­ malen Oberflächentemperaturen von Walzen zur Behandlung von Papier, Kunststoff und dergleichen bestimmt. Die obere E- Modul-Grenze stellt sicher, daß die elastische Nachgiebig­ keit in noch ausreichendem Maß vorhanden und in ihrer Funk­ tion einem Überzug aus Kunststoff oder Papier vergleichbar ist.

Wichtige Ausführungsbeispiele für erfindungsgemäß ein­ zusetzende Weichmetalle sind solche, die Blei und/oder Ma­ gnesium umfassen (Anspruch 4). Blei hat einen Schmelzpunkt von 327°C und einen E-Modul von etwa 16.000 N/mm², Magnesium einen Schmelzpunkt von etwa 650°C und einen E-Modul von etwa 45.000 N/mm².

Zur optimalen Einstellung der mechanischen Eigenschaf­ ten des Überzuges wird meist kein reines Metall verwendet werden, sondern eine geeignete Blei- und/oder Magnesiumle­ gierung (Anspruch 5).

In Betracht kommen als Bleilegierungen z. B. Werkstoffe wie Hartblei, Druckgußlegierungen auf Bleibasis und Lagerme­ tall auf Bleibasis.

Es ist auch möglich, eine blei- und/oder magnesiumhal­ tige Legierung zu verwenden, bei der Blei und/oder Magnesium nicht der Grundwerkstoff, sondern nur ein Zusatz zu einer anders aufgebauten Legierung sind (Anspruch 6).

Die Stärke des Überzuges aus dem Weichmetall kann etwa der Stärke eines üblichen Kunststoffüberzuges entsprechen und 5 mm bis 20 mm (Anspruch 7), insbesondere 10 mm bis 15 mm (Anspruch 8) betragen.

Für die Erzeugung des Bleiüberzugs auf dem zylindri­ schen Walzenkörper kommen alle geeigneten bekannten Verfah­ ren in Betracht. Beispielsweise kann gemäß Anspruch 9 der Überzug in schmelzflüssigem Zustand auf den Walzenkörper aufgebracht sein, beispielsweise im Wege der Tauchverbleiung oder von Verfahren ähnlich der Auftragsschweißung oder im Wege des Spritzens.

Gemäß Anspruch 10 kann der Überzug aber auch in Gestalt von Formteilen auf den Walzenkörper aufgebracht sein, die mit den Walzenkörper und gegebenenfalls untereinander ver­ lötet sind.

In Betracht kommt z. B. das Aufwickeln von bandförmig stranggepreßtem Profilmaterial aus dem Weichmetall etwa nach der DE 25 45 146 A1, der DE 27 22 023 A1 oder der DE 27 26 812 A1. Es können aber auch dem Walzenkörper dem Durchmesser entsprechende Ringe auf den Walzenkörper aufgebracht und mit diesem und an den Stirnseiten untereinander verlötet werden. Schließlich ist es auch möglich, Platten entsprechend dem Umfang des Walzenkörpers zu biegen und dann dort anzubrin­ gen.

Die mit dem Überzug aus dem Weichmetall versehene Walze wird anschließend überdreht und überschliffen, so daß sie eine saubere geschlossene zylindrische Oberfläche erhält.

Die Bahnen üben, insbesondere wenn sie aus Papier be­ stehen und mineralische Komponenten enthalten, einen erheb­ lichen Verschleißangriff auf den arbeitenden Walzenumfang aus. Die blanke Weichmetalloberfläche würde diesem Angriff nicht lange widerstehen.

Es empfiehlt sich daher, daß der Überzug seinerseits eine dünne Beschichtung aus einem verschleißfesten Material aufweist (Anspruch 11), z. B. aus Hartwerkstoffen (Anspruch 12).

Als Hartwerkstoffe kommen z. B. karbidische Werkstoffe wie Wolframkarbid, Chromkarbid und Titankarbid in Betracht, oder oxydische Werkstoffe wie Al₂O₃, AlTiO₃, Titanoxid, Chro­ moxid und dergleichen. Es sind Verfahren bekannt, mit denen derartige Überzüge ohne besonders hohe Temperaturen auf Substrate in dünner Schicht aufgebracht werden können. Der­ artige Beschichtungen werden beispielsweise bei Schneidwerk­ stoffen mit Erfolg eingesetzt.

In massiver Form sind die genannten Werkstoffe sehr spröde. In dünner Schicht sind sie jedoch sehr elastisch und vermögen den Verformungen des darunterliegenden Weichmetalls zu folgen, ohne zu brechen oder abzusplittern. Da diese Elastizität von der Dünne der Schicht und der damit einher­ gehenden Fehlerfreiheit des Gefügeaufbaus abhängt, empfiehlt sich gemäß Anspruch 13 eine Dicke der Beschichtung des Über­ zugs von weniger als 50 My, in vielen Fällen sogar von weni­ ger als 10 My (Anspruch 14).

Der Ausgangspunkt der Erfindung und ihr wesentlicher Anwendungsfall ist das Glätten von Papier. Die Erfindung verkörpert sich auch in einem Glättwerk zur Behandlung von Papier gemäß Anspruch 15.

Es ist hierbei die bekannte "weiche" Walze mit einem Kunststoffüberzug etwa nach der DE 30 20 669 A1 und der DE 32 01 635 C2 durch eine Walze mit dem Überzug aus dem Weich­ metall ersetzt, der einen wesentlich größeren Wärmetransport aus dem Innern der beheizten Walze heraus auf die der be­ heizten Stahlwalze gegenüberliegende Rückseite der Papier­ bahn ermöglicht. Hierdurch wird ein Behandlungseffekt auch auf dieser Rückseite der Papierbahn herbeigeführt und die "weiche" Walze in die Behandlungsfunktion einbezogen. In manchen Fällen wird es hierdurch möglich sein, Doppelanord­ nungen von Walzenpaaren zur Erzielung eines ausreichenden einseitigen oder eines beidseitigen Effekts zu vermeiden und eine ausreichende Glättung für manche Papiersorten schon in einem Walzspalt zu erzielen.

Die Behandlungswirkung kann verstärkt werden, wenn gegen eine beheizte Stahlwalze zwei Walzen der erfindungs­ gemäßen Art arbeiten (Anspruch 16).

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung dargestellt.

Fig. 1 zeigt einen in Fig. 2 mit I angedeuteten Aus­ schnitt aus dem Randbereich einer Walze, wobei der Überzug in einer durch die Achse gehenden Ebene geschnitten ist;

Fig. 2 zeigt eine Ansicht eines Walzenpaars, dessen Oberwalze nach Fig. 1 ausgebildet ist.

Die in Fig. 1 als Ganzes mit 10 bezeichnete Walze um­ faßt einen zylindrischen Walzenkörper 1. Dieser Walzenkörper 1 kann eine massive Walze mit und ohne innere Kanäle zur Beheizung sein. Der Walzenkörper 1 kann aber auch die Hohl­ walze einer durchbiegungssteuerbaren Walze sein, die von innen hydraulisch abgestützt ist und mittels der zur Abstüt­ zung dienenden Hydraulikflüssigkeit oder einer zusätzlichen Wärmeträgerflüssigkeit von innen beheizbar ist.

In Fig. 1 ist nur ein oberflächennaher Bereich des zylindrischen Walzenkörpers 1 im Ausschnitt dargestellt. In der Praxis kann der Walzenkörper 1 einen Durchmesser von 500 bis 1000 mm aufweisen.

Der Walzenkörper 1 trägt einen Überzug 2 von über die ganze Oberfläche gleichbleibender Stärke, der in dem Aus­ führungsbeispiel aus einer Bleilegierung besteht, die an der Grenzfläche 3 zum Außenumfang des zylindrischen Walzenkör­ pers 1 mit diesem verlötet ist, was durch die dickere Linie 6 angedeutet sein soll. Das Verlöten kommt nur in Betracht, wenn der Überzug 2 vorher als Formteil vorhanden war. Wenn der Überzug 2 in schmelzflüssigem Zustand aufgebracht wird, bedeutet 6 die Verbindungsfläche zum zylindrischen Walzen­ körper 1.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Dicke 7 des Überzuges 2, d. h. seine radiale Erstreckung, 12 mm.

Der Überzug 2 besitzt an seinem äußeren Umfang eine dünne Beschichtung 4 aus Wolframkarbid, deren Außenseite 5 den arbeitenden Walzenumfang bildet und den Verschleißan­ griff auf die weiche Bleilegierung des Überzugs 2 vermindern soll. Die Dicke der Beschichtung 4 ist in Fig. 1 übertrieben dargestellt. Sie liegt tatsächlich nur etwa in der Größen­ ordnung von 10 My.

In Fig. 2 ist ein Einsatzfall der Walze 10 in Gestalt eines Zweiwalzenglättwerks 100 mit den Walzen 10 und 20 dargestellt, die zusammen einen Walzspalt 8 bilden, durch den eine Papierbahn 9 hindurchgeleitet wird.

Die Oberwalze 10 ist durchbiegungssteuerbar und beheiz­ bar und besitzt einen Überzug 2 aus einer Bleilegierung mit einer verschleißfesten Beschichtung 4, wie es in Fig. 1 dargestellt ist. Die Unterwalze 20 ist eine beheizbare Walze mit einem polierten Umfang aus Hartguß.

Während bei den bekannten Walzenpaaren in Glättwerken, bei denen eine Walze einen Überzug aus einem Kunststoff aufwies, wegen dessen schlechter Wärmeleitfähigkeit eine Beteiligung der weichen Walze an dem Glättvorgang kaum gege­ ben war, leitet der Überzug 2, wenn er aus einer Bleilegie­ rung besteht, die Wärme aus dem Innern der beheizten Walze 10 praktisch in der gleichen Weise an die Oberfläche der Papierbahn wie es bei der harten Walze 20 mit der Stahlober­ fläche der Fall ist. Dadurch ist einerseits die gesamte auf die Papierbahn übertragene Wärmemenge wesentlich vergrößert und findet insbesondere auch eine Einwirkung auf die der Walze 20 gegenüberliegende Rückseite der Papierbahn 9 statt, die auch dort eine Erhöhung der Glätte erbringt.

Claims (16)

1. Walze zur Behandlung von Bahnen aus Papier, Karton, Kunststoff, Textil und dergleichen, mit einem zylindrischen Walzenkörper (1) und einem auf diesem angebrachten, den arbeitenden Walzenumfang (5) bildenden Überzug aus einem elastisch nachgiebigem Material, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug (2) aus einem Weichmetall besteht.

2. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Weichmetall einen Schmelzpunkt von mehr als 200°C und einen E-Modul von weniger als 50.000 N/mm² aufweist.

3. Walze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Weichmetall einen E-Modul von weniger als 20.000 N/mm² aufweist.

4. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug (2) Blei und/oder Magnesium umfaßt.

5. Walze nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug (2) aus einer Blei- und/oder Magnesiumlegierung besteht.

6. Walze nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug (2) aus einer blei- und/oder magnesiumhaltigen Legierung besteht.

7. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug (2) eine Stärke von 5 bis 20 mm aufweist.

8. Walze nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug eine Stärke von 10 mm bis 15 mm aufweist.

9. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug (2) in schmelzflüssigem Zustand auf den Walzenkörper (1) aufgebracht ist.

10. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug (2) in Gestalt von Formtei­ len auf den Walzenkörper (1) aufgebracht ist.

11. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug (2) seinerseits eine dünne Beschichtung (4) aus einem verschleißfesten Material auf­ weist.

12. Walze nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (4) aus Hartwerkstoffen besteht.

13. Walze nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Dicke der Beschichtung weniger als 50 My beträgt.

14. Walze nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Beschichtung (4) weniger als 10 My beträgt.

15. Glättwerk zur Behandlung von Papier mit zwei einen Walzspalt (8) bildenden Walzen (10, 20), von denen die eine (20) beheizbar ist und einen arbeitenden Walzenumfang aus glattem Stahl aufweist und von denen die andere eine eben­ falls beheizbare Walze (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 ist.

16. Glättwerk zur Behandlung von Papier mit drei Wal­ zen, von denen eine erste beheizbar ist und einen arbeiten­ den Walzenumfang aus glattem Stahl aufweist und von denen die beiden anderen einander nicht berühren und beheizbare Walzen nach einem der Ansprüche 1 bis 14 sind, die mit der ersten Walze je einen Walzspalt bilden.