HINTERGRUND DER ERFINDUNG:
Gebiet der Erfindung:
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine in einem
sogenannten "single facer", das ein Gerät zur Herstellung von
Wellpappen ist, verwendete Wellungswalze und betrifft ein
Herstellungsverfahren der Wellungswalze.
Beschreibung des Standes der Technik:
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Eine Maschine zur Herstellung einseitig kaschierter
Wellpappe (single facer) ist im allgemeinen gemäß der
schematischen Schnittansicht von Fig. 3 konstruiert. In
dieser Figur ist jede Komponente jeweils durch eine
Bezugsziffer wie folgt bezeichnet: 1: eine obere
Wellungswalze, 2: eine untere Wellungswalze, 3: eine
Druckwalze, 4: eine Beleimungswalze, 5: eine Dosierungswalze,
6: einen Leimbehälter, 7: ein Kernpapier, 8: ein
Verstärkungspapier, 9: einseitig kaschierte Wellpappe.
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Zunächst wird ein Herstellungsverfahren einer einseitig
kaschierten Wellpappe 9 unter Verwendung einer Maschine
(single facer) zur Herstellung derselben beschrieben. Ein
Kernpapier 7, das in die obere Wellungswalze 1 eingeführt
wird, wird in einen Anlageabschnitt der oberen Wellungswalze
1 und der unteren Wellungswalze 2 hineingezwängt, um eine
wellenförmige Lage zu bilden. Während das Kempapier 7 durch
Drehung der unteren Wellungswalze 2 transportiert wird, wird
sodann ein in einem Leimbehälter 6 enthaltenes Leimmaterial
durch eine Beleimungswalze 4 aufgetröpfelt, deren
Beleimungsfilm durch eine Dosierungswalze 5 justiert wird und
auf Wellungsspitzenabschnitte des Kernpapiers 7 durch die
Beleimungswalze 4 aufgetragen wird. Andererseits werden an
einem Druckabschnitt der unteren Wellungswalze 2 und einer
Druckwalze 3 ein der Druckwalze 3 zugeführtes Kaschierpapier
8 und das beleimte Kernpapier 7 zusammengefügt, um einseitig
kaschierte Wellpappe 9 zu bilden.
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Das Basismetall der Wellungswalzen 1, 2 ist
normalerweise gewöhnlicher Stahl oder ein Legierungsstahl,
und ihr Zahnabschnitt wird durch Induktionshärten und dann
durch eine industrielle chrombeschichtung von 5 bis 100 um
Dicke etc. zur Verbesserung von Verschleißfestigkeit und
Setzungswiderstand (settling resistance) behandelt. Der Grund
hierfür liegt darin, daß bei dem obigen Wellenform-
Bildungsprozeß des Kernpapiers 7 oder, wie im einzelnen durch
die vergrößerte Schnittansicht des Anlageabschnitts der
Wellungswalzen 1, 2 in Fig. 2 gezeigt ist, daß Kernpapier 7
in den Anlageabschnitt der Wellungswalzen 1, 2 mit einem
Schlupf am Wellungsspitzenabschnitt hineingezogen wird,
weshalb eine verschleißfeste Natur des
Wellungsspitzenabschnitts erforderlich ist, und zur
Minimierung einer Auslenkung des Wellungsspitzenabschnitts
aufgrund des Einfressens von Fremdmaterial eine der Setzung
widerstehende Natur ebenfalls erforderlich ist.
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Falls die Wellungswalze trotz verschiedener auf diese
Weise vorgenommmener Bearbeitungsprozesse einen konkaven Teil
oder eine Eindruckmarke auf dem Wellungsspitzenabschnitt
aufweist, wird sie als schadhaft betrachtet, so daß, wenn sie
einer Wiederbeschichtung unterzogen wird, wenn die
Chrombeschichtung völlig abgetragen ist, der
Wellungsabschnitt zur Beseitigung des konkaven Abschnitts
geschliffen wird. Infolgedessen verringert sich natürlich der
Durchmesser der Wellungswalze um mindestens das Doppelte des
Konkavbetrags. Während es erforderlich ist, daß die Höhe des
Wellungsabschnitts ein gewisses Niveau für die Stärke der
Wellpappe aufzuweisen hat, etc., wird der Fußkreisdurchmesser
ebenfalls reduziert. Das bedeutet, daß die Umfangslänge
hiervon ebenfalls geringer wird, obwohl die Anzahl der
Wellungsabschnitte der Wellungswalze konstant ist, womit die
pro Längeneinheit Kaschierpapier verwendete Menge Kernpapier
größer wird. Da dies eine Erhöhung der Kosten für
Wellpappelagen ergibt, wird die Wellungswalze zur
Wiederverwendung zwei- oder dreimal neu geschliffen und neu
beschichtet, woraufhin die ganze Walze beseitigt werden muß.
Solche an den Wellungsspitzenabschnitten erzeugte konkave
Abschnitte führen zu einem so schwerwiegenden Verlust wie der
Aufgabe der Wellungswalze, und wenn eine Bildung von
Konkavteilen durch Einfressen von Fremdmaterial beim Betrieb
verhindert wird, ist die Wirkung hiervon sehr stark.
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Die in der graphischen Darstellung von Fig. 1
angedeuteten Kreismarkierungen zeigen eine Beziehung zwischen
der Härte (Shore-Härte Hs) des Wellungsspitzenabschnitts
einer konkreten Wellungswalze, die vollkommen abgetragen ist,
und der Anzahl der (mit dem bloßen Auge beobachteten)
Konkavabschnitte, was zeigt, daß die Erzeugung vieler
Konkavabschnitte im Bereich geringerer Härte zu erkennen ist
und daß, wenn die Härte Hs 80 oder mehr beträgt, es fast zu
keinen solchen Konkavabschnitten oder Eindruckmarken kommt,
wie durch die Mantellinie derselben Figur dargestellt ist.
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Im obigen Fall wird eine Chrombeschichtung zur Erhöhung
von Verschleißfestigkeit angewandt. Im Fall einer
Chrombeschichtung ist nicht nur eine Zähigkeit der
Beschichtung, sondern auch deren Haftungsfähigkeit hoch, und
es kommt dann nicht zu einem Abschälen der Beschichtung,
selbst wenn ein Konkavabschnitt erzeugt wird. Ferner wird
hinsichtlich der Beschichtung mit hoher Hv-Härte (Vickers-
Härte) von 1000 oder mehr, die höher ist als die der
Chrombeschichtung, ein Versuch gemacht, eine
Verschleißfestigkeit der Wellungswalze durch Anwendung einer
Beschichtung, beispielsweise einer Diamantbeschichtung, einer
TiC-Beschichtung, einer SiC-Beschichtung, einer Ni-P-
Beschichtung etc., erheblich zu erhöhen. In der
augenblicklichen Situation neigen diese Beschichtungen jedoch
immer noch dazu, daß es zu einem Abschälen der Beschichtung
aufgrund der Erzeugung von Eindruckmarken kommt, und sie sind
schwierig auf die herkömmlichen Basismetalle einer
Wellungswalze anzuwenden. Es gibt zur Zeit ein Verfahren zum
Aufbringen einer WC-Co-Beschichtung durch thermisches Sprühen
bzw. Spritzen mit einer Hv-Härte von etwa 1150 als
praktischer Versuch, dies auf eine Wellungswalze anzuwenden.
Während bei diesem Verfahren der Abnutzungsbetrag erheblich
verringert wird, kommt es leicht zu einem Abschälen an den
Eindruckmarkenabschnitten aufgrund einer geringen Härte des
Basismetalls der Wellungswalze, wodurch sich eine
Verschlechterung der Qualität von Wellpappe ergibt und eine
erwünschte Verlängerung der Betriebsdauer der Walze noch
nicht erreicht wird.
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Gemäß Fig. 1 besteht ein Verfahren zum Verhindern der
Erzeugung von Konkavabschnitten darin, die Härte des
Wellungsabschnitts auf Hs 80 oder mehr zu bringen. Das
Rohmaterial der Wellungswalze ist zur Zeit aus Chrom-
Molybdänstahl etc. hergestellt, aber um eine Härte von Hs 80
oder mehr über eine Abschreckhärtungsbehandlung von Stahl zu
erzielen, ist es nötig, einen Stahl mit einem Kohlegehalt von
0,40 % oder mehr auszuwählen ("Selection of Advanced Machine
Materials" geschrieben von TAKASHI SOH, veröffentlicht durch
GIJUTSU HYOORONSHA, März 1979, Seite 211). Gemäß Fig. 4
umfaßt die Wellungswalze eine Hülle bzw. Kapsel 12 und eine
Welle 10, die miteinander durch Schweißabschnitte 11
verbunden sind, und an ihrer Innenseite bildet ein Hohlraum
ein Druckgefäß, um Dampf von 10 kgf/cm² G oder mehr in dieses
einzuleiten. Aus schweißtechnischen Gründen ebenso wie
aufgrund gesetzlicher Vorschriften ist die Verwendung von
Stahl mit einem Kohlegehalt von 0,35 % oder mehr
eingeschränkt. Mit anderen Worten ist, sofern eine
Schweißstruktur verwendet wird, die Realisierung einer Härte
von Hs 80 oder mehr in einem Rohmaterial unmöglich. Um die
Härte des Wellungsabschnitts auf Hs 80 oder mehr zu bringen,
werden Behandlungsverfahren des Wellungsabschnitts,
beispielsweise ein Carburisieren oder Abschreckhärten, ein
Nitrieren oder Plattieren von (unlegiertem) Hartstahl oder
hochlegiertem Stahl sowie eine Wärmebehandlung etc., in
Erwägung gezogen. Bei einem Carburisierungs- und
Abschreckhärtungsverfahren tritt jedoch, falls die
Behandlungstemperatur beispielsweise auf etwa 930ºC erhöht
wird, eine starke Verwerfung bzw. Verzerrung bei der
Behandlung auf, und die Dicke der carburisierten und
abschreckgehärteten Schicht wird nicht einheitlich, nachdem
sie einer Endbearbeitung unterzogen worden ist. Ferner wird
bei einem Plattierverfahren eine Plattierung mit
einheitlicher Dicke schwierig. Wenn eine durch eine
Behandlung bei so hoher Temperatur wie der oben erwähnten
hergestellte Wellungswalze auf etwa 180ºC erhitzt wird, was
eine tatsächlich angewandte Temperatur ist, so wird der
Kontaktdruck zwischen den oberen und den unteren
Wellungswalzen oder mit einer Druckwalze aufgrund einer durch
eine nicht einheitliche Wärmedehnung in der Umfangsrichtung
verursachte Wärmeverzerrung bzw. -verwerfung nicht
einheitlich, und es steht zu befürchten, daß es zu Mängeln
beim Formen oder Verbinden kommt. Außerdem macht eine nicht
einheitliche Dicke einer carburisierten Schicht oder einer
plattierten Schicht eine Umfangsverteilung der Rest- bzw.
Eigenspannung nicht einheitlich, und infolgedessen
verursachen Erschütterungen bzw. Schwingungen bei einem
tatsächlichen Betrieb oder ein Freiwerden von Eigenspannung
bei Erwärmungszyklen eine Verbiegung der Wellungswalze, und
macht das Problem zusammen mit der oben beschriebenen
Wärmeverzerrung noch größer.
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Da es erforderlich ist, daß die Wellungswalze solche
einheitlichen bzw. gleichmäßigen Kontakte zwischen den Walzen
erbringt, ist eine Formung äußerst einheitlich gehärteter
Schichten in der Umfangsrichtung bei den oben erwähnten
Oberflächenhärtebehandlungen notwendig, und für diesen Zweck
ist es nötig, eine Oberflächenbehandlungsmethode zu wählen,
bei der eine Verwerfung bzw. Verzerrung bei der Behandlung
gering ist. Ein effektives Verfahren, die Verzerrung bzw.
Verwerfung bei der Behandlung zu verringern, besteht in der
Absenkung der Behandlungstemperatur, wobei ein Verfahren
hierfür ein Nitrierverfahren, wie oben erwähnt, ist. Während
bei diesem Verfahren die Behandlungstemperatur 500ºC - 600ºC
beträgt, was niedriger ist als die des Carburisierverfahrens,
bei dem eine Hochtemperaturbehandlung ausgeführt wird, und
die Wärmeverzerrung erheblich reduziert werden kann, da die
Härtungstiefe durch Nitrieren lediglich 0,2 mm - 0,3 mm
beträgt und die Nitrierschicht durch eine Endbearbeitung
beseitigt werden könnte, so daß die Wirkung des Nitrierens
verloren geht, kann eine erwünschte Leistung durch Verwendung
einer einzigen Behandlungsmethode nicht erzielt werden. Das
heißt, daß durch eine Einzelbehandlung mit einem bisher
bekannten Nitrier- oder Carburisierverfahren eine für eine
Wellungswalze erwünschte Härtungscharakteristik nicht
erreicht werden kann.
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Dementsprechend sind die bisher bekannten Verfahren von
gegensätzlicher bzw. widersprüchlicher Natur in der Hinsicht,
daß ein Behandlungsverfahren, bei dem eine ausreichende
Härtungstiefe erzielt wird, in seiner Maßhaltigkeit nicht gut
ist, so daß es nicht verwendbar ist, während ein
Behandlungsverfahren, bei dem eine Behandlungsverzerrung bzw.
Verwerfung gering und eine Maßhaltigkeit zufriedenstellend
ist, in der Härtungstiefe nicht ausreicht, so daß es nicht
verwendbar ist.
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Um eine Wellungswalze herzustellen, bei der
Konkavabschnitte beim Betrieb nicht erzeugt werden, ist es
somit nötig, klarzustellen, was eine erforderliche
Härtungstiefe zur Verhinderung von Konkavabschnitten ist, und
ferner zu erkennen, durch welches
Oberflächenhärtungsverfahren eine solche Härtungstiefe bei
eienr geringen Behandlungsverzerrung bzw. Verwerfung erfüllt
ist.
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Da ferner, wie oben erwähnt, eine Beschichtung mit einer
höheren Härte als die einer Chromplattierbeschichtung in
einer Zähigkeit geringer ist, und eine Beschichtung mit einer
solchen Härte, daß Eindruckmarken aufgrund einer geringen
Haftung mit einem Basismetall ein Abschälen verursachen,
solche Beschichtungen kaum auf eine Wellungswalze anwendbar
sind, (und es) besteht gegenwärtig ein Bedarf, eine
Wellungswalze zu entwickeln, die keine Erzeugung von
Eindruckmarken verursacht, was auch nötig ist, um eine
Verschleißfestigkeit mehr als die bei der
Chromplattierungsbeschichtung zu erhöhen.
ABRISS DER ERFINDUNG:
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Angesichts der oben beschriebenen Probleme, welche dem
Stand der Technik innewohnen, ist eine Aufgabe der
vorliegenden Erfindung, eine Wellungswalze bereitzustellen,
welche die Erzeugung von Eindruckmarken an einem
Wellungsspitzenabschnitt verhindert und eine
Verschleißfestigkeit erhöht, so daß eine Betriebsdauer der
Walze erheblich verbessert wird, sowie ein Verfahren zur
Herstellung einer solchen Wellungswalze.
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Die vorliegende Erfindung, die zur Lösung der genannten
Aufgaben entwickelt wurde, bezieht sich auf ein Verfahren zur
Herstellung einer Wellungswalze für die Formung eines
wellenförmigen Kernpapiers von Wellpappe, dadurch
gekennzeichnet, daß die Wellungswalze bearbeitet wird, um
zahnförmige Wellungsabschnitte am äußeren Umfang zu bilden,
und einer Nitrierhärtungsbehandlung oder einer
Carbonitrierhärtungsbehandlung unterzogen wird, und daraufhin
der Wellungsabschnitt der Wellungswalze einer Abschreck- und
Anlaßbehandlung unterzogen wird, so daß eine gehärtete
Schicht einer Shore-Härte (Hs) von 80 oder mehr bei einer
Mindestdicke von 0,6 mm längs des Profils von Wellungs-
Spitzenabschnitten oder des Wellungsabschnitts erhalten wird,
und ferner eine korrosions- und verschleißfeste Beschichtung
auf der Oberfläche des Wellungsabschnitts gebildet wird,
wobei die verschleißfeste Beschichtung ein technischer
Chromüberzug, ein Sic-Dispersions-Ni-P-Überzug, eine TiN-
Beschichtung, eine TiC-Beschichtung, eine CBN-Beschichtung,
eine Diamantbeschichtung, eine diamantartige
Kohlenstoffbeschichtung, eine Diamantbeschichtung durch
galvanische Abscheidung oder eine WC-Co-Beschichtung durch
thermisches Sprühen oder Spritzen ist.
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Ferner stellt die Erfindung eine Wellungswalze mit
zahnförmigen Wellungsabschnitten an ihrem äußeren Umfang
bereit, dadurch gekennzeichnet, daß ein Basismetall des
Wellungsabschnitts der Wellungswalze eine Außenschicht großer
Härte mit einer Dicke von 0,6 mm oder mehr und einer Shore-
Härte (Hs) von 80 oder mehr längs des Profils des
Wellungsspitzenabschnitts oder des Wellungsabschnitts
aufweist, und eine verschleißfeste Beschichtung längs des
Profils des Wellungsabschnitts gebildet ist, wobei die
verschleißfeste Beschichtung ein technischer Chromüberzug,
ein SiC-Dispersions-Ni-P-Überzug, eine TiN-Beschichtung, eine
TiC-Beschichtung, eine cBN-Beschichtung, eine
Diamantbeschichtung, eine diamantartige
Kohlenstoffbeschichtung, eine Diamantbeschichtung durch
galvanische Abscheidung oder eine WC-Co-Beschichtung durch
thermisches Sprühen oder Spritzen ist.
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Im einzelnen wird das Basismetall der Wellungswalze aus
einem wie bisher benutzten Normalstahl
(Konstruktionshartstahl S43C, C = 0,30 - 0,38%) oder einem
Legierungsstahl (Chrom-Molybdänstahl SCM440, 0 = 0,38
- 0,43%), etc., gewählt. Wenn ein Problem der Stärke bzw.
Festigkeit besteht, kann zur Erhöhung der Härte durch
Wärmebehandlung ein Kohlenstoff plus Stickstoff gut dazu
beitragen, und daher ist die Verwendung eines Materials mit
hohem Kohlenstoffgehalt für eine Nitrierbehandlung
vorteilhaft, da sie einen geringeren Betrag der
Nitrierpenetration aufweist.
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Was die Nitrierbehandlung oder die
Carbonitrierbehandlung betrifft, seien erwähnt: Ein
Gasnitrierverfahren, ein ionisches Nitrierverfahren, ein
ionisches Carbonitrierverfahren, ein Gascarbonitierverfahren
bei niedriger Temperatur, ein Tufftrideverfahren, das
Durchführen einer Carbonitrierung in einem Schmelzsalz, etc.
Diese Verfahren, welche Niedrigtemperatur-Behandlungen sind,
weisen eine geringere Behandlungsverzerrung bzw. -verwerfung
auf, da jedoch die Dicke der ausgehärteten Schicht welche
einem Härtegrad von Hs 80 oder mehr genügt, gering ist, wird
nur eine lokale Wärmebehandlung am Wellungsabschnitt
ausgeführt. Das heißt, es wird ein Härtungsverfahren
angewandt, das für lokale Erwärmung geeignet ist (wobei die
Temperatur an anderen Abschnitten 200ºC - 300ºC oder weniger
beträgt) und weniger Behandlungsverzerrung ergibt, z.B. ein
Induktionshärten, ein Laserhärten, ein Flammhärten (einschl.
Flammen einer Gasflamme, einer Plasmaflamme, einer
Lichtbogenflamme, etc.), wodurch die Dicke der gehärteten
Schicht erheblich vergrößert werden kann. Fig. 5 zeigt eine
graphische Darstellung der Verteilungen der Härte an einem
Schnitt einer gehärteten Schicht, wenn ein ionisches
Nitrierverfahren und ein Induktionshärteverfahren in
Kombination angewandt werden. Hieraus ergibt sich, daß ein
nachfolgend auf eine Nitrierbehandlung ausgeführtes
Abschreckhärten zur Bildung einer gehärteten Schicht von
einem Härtegrad von Hs 80 oder mehr bei einer gewünschten
Dicke wichtig ist.
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Übrigens wird die Verstärkung einer gehärteten Schicht
von Hs 80 oder mehr durch ein auf eine Carburisierung oder
Nitrierung folgende Abschreckhärtung erreicht durch eine
verbesserte Härtungsfähigkeit, durch die Zunahme der
Diffusion von Festlösungskohlenstoff und -stickstoff aufgrund
der Carburisierung und Nitrierung.
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Um eine Dicke der gehärteten Schicht von Hs 80 oder mehr
zu erzielen, die zur Verhinderung der Erzeugung von
Konkavabschnitten nötig ist, erfordert eine einzige Anwendung
einer Nitrierbehandlung oder einer Carbunitierbehandlung
außerordentlich viel Zeit, so daß sie in der Praxis schwer
anzuwenden ist; somit wird gemäß der vorliegenden Erfindung
eine kombinierte Wärmebehandlung eines Niedrigtemperatur-
Nitrierverfahrens oder eines Carbonitierverfahrens sowie eine
lokale Wärmebehandlung durchgeführt, und eine Verhinderung
der Erzeugung konkaver Abschnitte wirksam erzielt. Fig. 6
zeigt eine graphische Darstellung einer Wechselbeziehung
zwischen der Tiefe der gehärteten Schicht und der Tiefe des
Konkavabschnitts, die zeigt, daß zur Verhinderung der
Erzeugung von Konkavabschnitten eine gehärtete Schicht von Hs
80 oder mehr mit einer Dicke von mindestens 0,6 mm,
vorzugsweise von 1,0 mm oder mehr, nötig ist, und in
Kombination mit Fig. 5 ergibt sich, daß für diesen Zweck eine
Kombination eines Nitrierverfahrens und einer lokalen
Wärmebehandlung durch ein Induktionshärten nötig ist.
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Eine Wärmebehandlung von Rohmaterialien, wie sie oben
erwähnt wurden, wird beispielsweise unter folgenden
Bedingungen ausgeführt:
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Abschreck- und Anlaßbehandlung
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880ºC x 3 Std. ... OQ T 520ºC x 12 Std. ... AC
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Induktionshärten
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Anlassen (nach ionischem Nitrieren)
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850ºC unmittelbar nach
... AQ T 220ºC x 3 Std. AC (im Ofen)
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Ferner wird ein Formverfahren einer verschleißfesten
Beschichtung im allgemeinen unter folgenden Bedingungen
ausgeführt:
(1) Industrielles Chromplattieren:
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Plattierungsbad: Sargent-Flüssigkeit;
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Temperatur der Flüssigkeit: 56ºC;
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Stromdichte: 25 - 30 A/dm²;
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Werkstückdrehung bei Hängeverfahren: 10 u/min
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Plattierzeit: 4 Std. (100 um Dicke)
(2) Thermisches WC-Co-Sprühen:
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Sprühverfahren: JET HVOF (Hochgeschwindigkeits-Oxy-
Brennstoff);
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Bewegungsgeschwindigkeit der Spritzpistole: 120 mm/min
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Werkstückdrehung: 25 U/min
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Sprühmaterial: WC-12Co Thermet
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Teilchendurchmesser: 45 - 5 um
(3) TiN-Beschichtung:
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Nach dem Vorwärmen auf eine Temperatur von 300ºC bei
einem atmosphärischen Druck von 0,013pa (10&supmin;&sup4; Torr) wird eine
Gleichstromspannung von 1 KV zwischen einem Schmelztiegel,
der eine Ti-Bedampfung ausführt, und einer Wellungswalze
eingeschaltet, und eine Beschichtung wird ausgeführt, während
die Wellungswalze bei einer Bedampfungsgeschwindigkeit von
etwa 1 um/Std. dreht. Übrigens wird vor der Bedampfung eine
Reinigung der Beschichtungsfläche durch Sputtern
durchgeführt.
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Aus Fig. 1 ist zu ersehen, daß eine Bildung von
Konkavabschnitten verhindert werden kann, wenn die Härte des
Wellungsspitzenabschnitts Hs 80 oder mehr beträgt, und aus
Fig. 6, daß, wenn die Tiefe der gehärteten Schicht (Hs ≥ 80)
mindestens 0,6 mm, vorzugsweise 1 mm oder mehr beträgt, diese
einen Eindruckwiderstand desselben Grads aufweist, wie im
Fall, in dem die gehärtete Schicht eine ausreichende Dicke
hat. Somit ist das Problem einer gehärteten Schicht, die zur
Verhinderung der Bildung von Konkavabschnitten nötig ist,
geklärt, und dadurch wird die Möglichkeit der Realisierung
einer Behandlungsmethode klar, wie z.B. einer
Nitrierbehandlung etc., welche eine gehärtete Schicht
vorzugsweise durch eine Niedrigtemperaturbehandlung bildet,
um eine Behandlungsverzerrung zu reduzieren. Wie jedoch Fig.
5 zeigt, ist eine einzige Anwendung einer Nitrierbehandlung
nicht in der Lage, die Bildung einer gehärteten Schicht einer
Dicke zu realisieren, die über 0,6 mm hinausgeht, und es wird
zusammen damit eine lokale Härtebehandlung angewandt, wie
z.B. Induktionshärten etc., womit eine notwendige
Aushärtungstiefe erzielt werden kann.
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Während der Mindestwert der notwendigen
Härtungsschichttiefe zur Verhinderung der Bildung von
Konkavabschnitten wie oben erwähnt ist, wird der Maximalwert
einer Härtungsschichttiefe durch den ASTM-Standard aus
Gründen der Sicherheits eines Druckgefäßes
(Wellungswalzenhülle) geregelt, und ist vorzugsweise auf 9,5
mm, gemessen von einem Fuß eines Wellungsabschnitts (δ < 9,5
mm), festgelegt. Da Konkavabschnitte übrigens oft nur auf den
Wellenspitzenabschnitten vorhanden sind, wird die minimale
Härtungsschichttiefe nicht notwendigerweise über den gesamten
Bereich des Wellungsabschnitts sichergestellt, sondern eine
Härtung nur des Wellungsspitzenabschnitts ist ausreichend,
und selbst im Falle einer Laserhärtung oder einer
Flammhärtung, bei der sich die Erhitzung an den
Wellungsspitzenabschnitten sammeln kann, so daß die Härtung
nur an dem Wellenspitzenabschnitt stattfindet, gibt es
praktisch kein Problem.
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Ferner kann hinsichtlich einer Verhinderung des
Abschälens einer Beschichtung mit einer Härte, die über die
der Chromplattierungsbeschichtung hinausgeht, zusammen mit
der Verhinderung der Bildung von Eindruckmarken gemäß Fig. 1
und Fig. 6 ein Abschälen natürlich auch verhindert werden,
und eine Verbesserung der Verschleißzeit kann wirksam durch
die Anwendung dieser Hartbeschichtungen erzielt werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN:
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Es zeigen:
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Fig. 1 eine graphische Darstellung einer Korrelation
zwischen der Härte des Wellungsabschnitts und der
Anzahl der Konkavabschnitte, wodurch eine
notwendige Härte zur Verhinderung von
Konkavabschnitten dargestellt wird, die eine Basis
der vorliegenden Erfindung ist,
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Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht zur Darstellung des
Eingriffzustandes der Wellungswalzen,
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Fig. 3 eine schematische Schnittansicht einer Maschine zur
Herstellung einseitig kaschierter Wellpappe,
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Fig. 4 eine Schnittansicht einer Wellungswalze,
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Fig. 5 eine graphische Darstellung der Härteverteilungen
an einem Querschnitt einer gehärteten Schicht, wenn
eine Kombination von ionischer Nitridbehandlung und
einer Induktionshärtung darauf angewandt werden,
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Fig. 6 eine graphische Darstellung einer Korrelation
zwischen einer Härtungsschichttiefe und einer Tiefe
eines Konkavabschnitts,
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Fig. 7 eine Schnittansicht zur Darstellung der
Verteilungen einer Härtungsschichttiefe einer
Wellungswalze gemäß einer ersten bevorzugten
Ausführungsform,
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Fig. 8 eine Schnittansicht zur Darstellung der
Verteilungen einer Härtungsschichttiefe einer
Wellungswalze gemäß einer zweiten bevorzugten
Ausführungsform, und
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Fig. 9 eine Schnittansicht zur Darstellung eines Zustandes
einer gehärteten Schicht einer Wellungswalze sowie
einer darauf geformten verschleißfesten
Beschichtung gemäß einer zwölften und einer
dreizehnten bevorzugten Ausführungs form.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die vorliegende Erfindung wird nun durch bevorzugte
Ausführungen in näheren Einzelheiten beschrieben, wobei
vorausgesetzt wird, daß die vorliegende Erfindung nicht auf
diese beschränkt ist:
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(Erste bevorzugte Ausführungsform)
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Fig. 7 zeigt eine Schnittansicht von Wellungsabschnitten
einer Wellungswalze, in der das Basismetall SCM440 zunächst
durch eine ionische Nitrierbehandlung und dann durch ein
Induktionshärten aufgebracht ist, wobei die Bezugsziffer 13
eine gehärtete Schicht darstellt, deren Härte Hs 80 oder mehr
beträgt, und bei dem die Behandlung so ausgeführt wird, daß
die Härtungstiefe 8 von 0,6 mm oder mehr sichergestellt ist.
Nachfolgend wird der Außenumfangsabschnitt der Wellungswalze
geschliffen und einer industriellen Chromplattierung 15
(Härte Hv 950 - 1000) in einem Sargent-Bad bis zu einer Dicke
von 100 um unterzogen. Eine versuchsweise mit einer solchen
Behandlung erzeugte Wellungswalze wird 6 Monate lang
verwendet, und die Anzahl von Konkavabschnitten beobachtet,
wobei sich herausstellt, daß die Anzahl von Konkavabschnitten
Null ist.
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(Zweite bevorzugte Ausführungsform)
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Fig. 8 zeigt eine Schnittansicht von Wellungsabschnitten
einer Wellungswalze, bei der das Basismetall SCM440 zunächst
über eine ionische Nitridbehandlung und sodann über eine CO&sub2;-
Laserhärtung aufgebracht wird, bei der ein Laserstrahl unter
Fortbewegung längs des Wellungsabschnitts ausgestrahlt wird,
wonach eine Schleif- und Chromplattierungsbehandlung
angewandt wird, wobei die gehärteten Abschnitte 13' nur an
den Wellungsspitzenabschnitten zu sehen sind. Die
Bezugsziffer 14 stellt eine Penetrationsschicht von
Stickstoff dar, die keiner Abschreckhärtung unterzogen wurde,
wobei die Härte natürlich gering ist. Eine Behandlung wird so
ausgeführt, daß die Härtungsschichttiefe δ 0,6 mm oder mehr
beträgt. Eine so versuchsweise erzeugte Wellungswalze wird
während 6 Monaten und während einem Jahr verwendet, und dann
eine Beobachtung der Eindruckmarken an der Oberfläche
durchgeführt. Als Ergebnis wird natürlich an den
Wellungsspitzenabschnitten, auch an den nicht gehärteten
Seitenflächen des Wellungsabschnitts und des Fußabschnitts
erwartungsgemäß keine Eindruckmarke festgestellt.
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(Dritte bis elfte bevorzugte Ausführungsformen)
Tabelle 1
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In jedem der obigen Fälle wird ein gutes Ergebnis erzielt.
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(Zwölfte bevorzugte Ausführungsform)
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In den Fällen der ersten bis zwölften bevorzugten
Ausführungsformen werden Chromplattierungsbeschichtungen 18
als auf die gehärtete Schicht aufgetragene verschleißfeste
Beschichtung verwendet, aber in diesem Fall der zwölften
bevorzugten Ausführungsform gemäß Fig. 9 wird statt einer
Chromplattierungsbeschichtung 15 eine SiC-Dispersions-Ni-P-
Plattierungsbeschichtung 15 (Hv 1250) auf die gehärtete
Schicht der ersten bevorzugten Ausführungsform aufgebracht.
Nachdem diese Wellungswalze tatsächlich verwendet wurde,
sieht man keine während der Verwendung erzeugten
Eindruckmarken, es findet keine Abschälung der SiC-
Dispersion-Ni-P-plattierten Beschichtung statt, und es ergibt
sich eine Verschleißlebensdauer von mehr als 100 um Dicke
einer chromplattierten Beschichtung.
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(Dreizehnte bevorzugte Ausführungsform)
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Statt einer chromplattierten Beschichtung 15 wird eine
TiN-Beschichtung 15 (5 um) einer Härte von Hv 1800 auf die
gehärtete Schicht der Wellungswalze der ersten bevorzugten
Ausführungsform gemäß Fig. 9 aufgebracht. Als Ergebnis der
Verwendung dieser Wellungswalze ist abgesehen von den
Eindruckmarkierungen keine Abschälung der TiN-Beschichtung
feststellbar und es ergibt sich eine Verschleißlebensdauer
von mehr als 100 um Dicke einer chromplattierten
Beschichtung.
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Übrigens ist eine gehärtete Schicht mit einer größeren
Härte als die der Chromplattierungsbeschichtung nicht auf die
erwähnten Beispiele beschränkt, sondern es kann auch eine
Diamantbeschichtung, eine diamantähnliche
Kohlenstoffbeschichtung, eine Diamantbeschichtung durch
galvanische Abscheidung, eine CBN-Beschichtung, eine TiC-
Beschichtung, eine thermische WC-Co-Sprühbeschichtung usw.
aufgebracht werden.
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Ferner werden das Induktionshärten, das Flammhärten und
das Laserhärten in den obigen bevorzugten Ausführungsformen
mit einer Einstellung des Ausgangs der Wärmequelle und der
Bewegungsgeschwindigkeit so ausgeführt, daß die Temperatur
des Wellungsspitzenabschnitts bei etwa 850ºC gehalten wird,
und dann eine unmittelbare Wasserkühlung durchgeführt wird.
Danach wird eine Anlaßbehandlung bei einer Temperatur von
etwa 200ºC während 3 Stunden ausgeführt.
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Bei der Wellungswalze gemäß der vorliegenden Erfindung
wird eine Bildung bzw. Erzeugung von Konkavabschnitten
(Eindruckmarken) an den Wellungsspitzenabschnitten, wie sie
im tatsächlichen Gebrauch bisher erzeugt wurden, verhindert,
und als Ergebnis zeigt sich eine so ausgezeichnete Wirkung,
wie sie nachstehend aufgeführt ist:
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(1) Ein Nachschleifverfahren des Wellungsabschnitts, das bei
der Neuplattierung einer abgetragenen chromplattierten
Schicht durchgeführt wird, wird unnötig oder erheblich
verkürzt (Kostensenkung, Kürzung des Konstruktionszeitraums).
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(2) Eine Verschlechterung des Aufnahmeverhältnisses
(Kostenerhöhung der Wellpappelagen aufgrund einer Erhöhung
der verbrauchten Kernpapiermenge) wird verhindert.
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(3) Die Betriebsdauer der Walze wird erheblich verlängert.
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(4) Hochverschleißfeste Beschichtungen (z.B. eine
Diamantbeschichtung, eine TiC-Beschichtung, eine TiN-
Beschichtung, eine SiC-Dispersions-Ni-P-Plattierung, etc.),
wie sie bisher wegen der Bildung von Eindruckmarken und
Abschälungen und dadurch verursachten Abschälungen nicht
aufbringbar waren, werden nun aufbringbar und eine lange
Benutzungsdauer wird möglich.