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Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Bearbeitung eines Walzenbezugs insbesondere für eine Walze zur Behandlung einer Papier-, Karton- oder einer anderen Faserstoffbahn in einer Maschine zur Herstellung und/oder Behandlung einer solchen. Ferner betrifft die Erfindung einen nach dem Verfahren hergestellten Walzenbezug sowie eine Walze umfassend einen solchen und die Verwendung einer derartigen Walze.
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Walzen sind seit langem Bestandteil moderner Maschine zur Herstellung und/oder Behandlung von Faserstoffbahnen, wie Papiermaschinen. Sie umfassen im Wesentlichen einen Walzenkern, auf dem ein Walzenbezug angeordnet ist. Walzenkern und Walzenbezug sind stoffschlüssig miteinander ausgeführt, sodass letzterer nur unter Zerstörung vom Walzenkern abziehbar ist.
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Besonders bei der Papierherstellung werden bei einer Vielzahl von Verfahrensschritten Walzen eingesetzt, wie beispielsweise bei der Blattbildung in der Siebpartie der Papiermaschine, bei der Entwässerung der Papierbahn in der Presspartie der Papiermaschine und bei dem Streichen, Trocknen sowie Glätten in der Endpartie der Papiermaschine. Eine Vielzahl der bei der Papierherstellung eingesetzten Walzen wird bei deren Betrieb jeweils gegen eine Gegenwalze gepresst, wobei in dem zwischen der Walze und der Gegenwalze ausgebildeten Walzenspalt (Pressnip) die Papierbahn durchgeführt wird. In einer Filmpresse beispielsweise, welche zur Oberflächenbehandlung von Papierbahnen eingesetzt wird, wird auf schnell rotierende Auftragswalzen, zum Beispiel mittels Rollrakeln jeweils ein Film aus beispielsweise Leim oder Streichfarbe erzeugt, welcher in dem Walzenspalt auf die durch den Walzenspalt geführte Papierbahn übertragen wird.
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Derartige Walzen sind bei ihrer Verwendung enormen Belastungen ausgesetzt und müssen daher eine Vielzahl von sowohl mechanischen als auch dynamischen Eigenschaften erfüllen. Daher werden an den Walzenbezug enorme Anforderungen in Bezug auf seine Stabilität gestellt, nämlich hinsichtlich Oberflächenhärte, Beständigkeit gegen Druck, Temperatur und Hydrolyse. Entsprechend sind aus dem Stand der Technik viele Maßnahmen bekannt, die die Stabilität des Walzenbezugs erhöhen sollen.
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Der Walzenbezug muss somit ausreichend flexibel und zugleich steif sein, damit er sich z.B. im Nip unter der Presslast nicht zu stark verformt oder komprimiert. Ferner muss er ausreichend verschleißfest sein. Walzenbezüge bestehen deshalb aus einer ein- oder mehrlagigen Polymerschicht. Letztere kann Polyurethan, Kautschuk oder ein faserverstärktes Harz, wie Epoxidharz umfassen.
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Die vorliegende Erfindung betrifft derartige eingangs genannte, gattungsgemäße Gegenstände.
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Obwohl aus dem Stand der Technik bekannte Walzenbezüge eine ausreichende Flexibilität und gleichzeitig ausreichende Steifigkeit aufweisen, sind deren mechanische Eigenschaften verbesserungsbedürftig.
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Es ist entsprechend Aufgabe der Erfindung einen Walzenbezug anzugeben, welcher die Nachteile des Standes der Technik vermeidet.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Besonders bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
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Unter einer Faserstoffbahn im Sinne der Erfindung ist ein Gelege bzw. Gewirre von Fasern, wie Holzfasern, Kunststofffasern, Glasfasern, Kohlenstofffasern, Zusatzstoffen, Additiven oder dergleichen zu verstehen. So kann die Faserstoffbahn beispielsweise als Papier-, Karton- oder Tissuebahn ausgebildet sein. Sie kann im Wesentlichen Holzfasern umfassen, wobei geringe Mengen anderer Fasern oder auch Zusatzstoffe und Additive vorhanden sein können. Dies bleibt je nach Einsatzfall dem Fachmann überlassen.
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Unter einem Walzenbezug im Sinne der vorliegenden Erfindung wird ein wenigstens eine Polymerschicht aufweisender Bezug verstanden, der wenigstens mittelbar mit der Faserstoffbahn in Kontakt kommt. Der Ausdruck „wenigstens mittelbar“ umfasst die beiden Alternativen mittelbar und unmittelbar. Wenn davon die Rede ist, dass der Walzenbezug bzw. dessen wenigstens eine Polymerschicht mittelbar mit der Faserstoffbahn in Kontakt tritt, dann wird darunter verstanden, dass letztgenannte indirekt die Faserstoffbahn berührt. Indirekt bedeutet, dass weitere Mittel, wie eine Bespannung, auf der die Faserstoffbahn transportiert wird, vorgesehen sind. In einem solchen Fall stützt sich also die Faserstoffbahn über die Bespannung indirekt auf dem Walzenbezug ab. Das weitere Mittel könnte in einem anderen Fall auch ein Auftragsmedium sein, das über die Mantelfläche des Walzenbezugs auf die Faserstoffbahn aufgebracht wird. Walzenbezüge, die mittelbar mit der Faserstoffbahn in Kontakt treten, können bei Formier-, Leit-, Antriebs-, Saug- oder Auftragswalzen in der Sieb-, Entwässerungs-, oder Streichpartie einer eingangs genannten Maschine Verwendung finden. Ist hingegen davon die Rede, dass der Walzenbezug bzw. dessen wenigstens eine Polymerschicht unmittelbar in Kontakt mit der Faserstoffbahn in Kontakt kommt, wird darunter verstanden, dass beide einander direkt berühren. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die den Walzenbezug tragende Walze als Walze in einer Press- oder Endpartie der Maschine ausgeführt ist.
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Auftragsmedium im Sinne der Erfindung kann ein flüssiges bis pastöses Medium, wie Leim, Stärke, Streichfarbe oder ähnliches sein. Das Auftragsmedium ist derart eingerichtet, dass es - zumindest nach der Beschichtung, also nach Verlassen des Nips oder des Auftragswerks - dauerhaft auf der Faserstoffbahn haften bleibt. Nach einer anschließenden Trocknung bildet das Auftragsmedium eine dauerhafte Schicht oder einen Film auf der Faserstoffbahn. Das Auftragsmedium kann ein Gemisch auf Wasserbasis sein.
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Die Oberfläche eines solchen Walzenbezugs, also z.B. die radial äußerste Polymerschicht desselben kann mit Strukturen wie Rillen und/oder Blindbohrungen versehen sein.
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Wenn gemäß der vorliegenden Erfindung eine Relativangabe wie „radial äußerste Polymerschicht“ oder „radial innerste Polymerschicht“ oder ein sonstiger Bezug auf die Radialrichtung des Walzenbezugs erfolgt, dann ist dies stets aus der Blickrichtung gemeint, in der der fertige Walzenbezug in der Maschine angeordnet und für den bestimmungsgemäßen Einsatz vorgesehen ist.
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Der Walzenbezug kann teilweise oder vollständig aus einem Polymer hergestellt sein. Als Polymer kann dabei ein walz-, extrudier- oder gießbares und aushärtbares, bevorzugt elastomeres Polymer eingesetzt werden. Als Polymer kann wie Polyurethan als Gießelastomer eingestellt sein. Neben Polyurethan kann auch Gummi eingesetzt werden. Gummi als Elastomere ist dann Vulkanisate von Natur- oder Synthesekautschuk, wie Styrol-Butadien- oder Nitrilkautschuk erzielbar. Auch kann die wenigstens eine Polymerschicht aus einem Duroplasten, wie einem Epoxidharz als Matrix mit darin als Verstärkung eingebetteten Fasern ausgeführt sein.
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Mit Polymerschicht ist eine Schicht gemeint, die ein solches Polymer umfasst oder vollständig daraus hergestellt ist. Bevorzugt kann die Polymerschicht eine einteilig durch Urformen hergestellte, ausgehärtete Schicht sein. Anders ausgedrückt ist diese monolithisch urgeformt, also durch z.B. Gießen hergestellt. Der Begriff einteilig schließt auch Fälle ein, in denen die eine Schicht wiederum beim Gießen des Polymers aus mehreren Lagen gleichen Materials hergestellt wurde. Dies jedoch nur insoweit wie diese Lagen nach dem Aushärten im Wesentlichen nicht mehr sichtbar sind, sondern sich eine einzige, bevorzugt einheitliche Schicht ergibt. Selbiges gilt entsprechend für den fertigen Walzenbezug. Die Schicht kann aber auch aus einzelnen, unvernetzten Elementen eines Polymers hergestellt sein, wie aus Strängen oder Platten und anschließend, z.B. durch Vulkanisation zur fertigen Polymerschicht ausvernetzt werden.
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Bei Vorsehen mehrerer Polymerschichten können diese in Radialrichtung gesehen übereinander angeordnet sein. Bevorzugt sind genau eine, zwei oder drei Polymerschichten als Funktionsschichten vorgesehen. Diese können hinsichtlich ihres Polymers identisch ausgeführt sein.
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Ein fertiger Walzenbezug im Sinne der Erfindung ist ein solcher, dessen wenigstens eine Polymerschicht ausgehärtet und abschließend bearbeitet, also für den eingangs genannten Zweck in der Maschine einsatzbereit ist. Analog ist mit fertiger Polymerschicht eine Schicht gemeint, die ausgehärtet ist. Eine ausgehärtete Polymerschicht ist als eine jene, die bei dessen Herstellung den Vernetzungsprozess durchlaufen hat (bevorzugt ohne eine zusätzliche Nachvernetzung).
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Als Teilchenstrahlung wird Strahlung verstanden, deren Bestandteile eine von Null verschiedene Masse haben, also z.B. Elektronen. Teilchenstrahlung wird von entsprechenden Quellen wie Elektronenstrahlkanonen bereitgestellt.
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Wellenstrahlung im Sinne der vorliegenden Erfindung ist elektromagnetische Strahlung, wie Wärme-, Infrarot-, UV-, oder Lichtstrahlung. Wellenstrahlung wird von entsprechenden Wärme- bzw. Lichtquellen, z.B. einem Laser zur Verfügung gestellt.
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Unter dem Begriff Strahl wird im Sinne der geometrischen Optik ein Strahlenbündel aus genau oder annähernd parallel zueinander verlaufenden Einzelstrahlen verstanden.
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Ist von Energiedichte die Rede, dann ist im Sinne der vorliegenden Erfindung der Quotient aus der Leistung der Strahlquelle in Watt und dem Flächeninhalt des auf der Begrenzung der Mantelfläche abgebildeten, auftreffenden Strahls (Spot) in cm2 gemeint. Bei der Leistung der Strahlquelle kann es sich um deren Maximalleistung handeln. Ist die Strahlquelle ein Laser, so kann eine Leistung zwischen 100 und 1.000 W und ein Spot zwischen 0,3 und 3 cm2 verwendet werden. Damit können Energiedichten zwischen ungefähr 300 bis 3000 W/cm2 eingestellt werden, die ein lokales Schmelzen, Zersetzen oder Verdampfen des Materials der Polymerschicht bewirken. Für die Behandlung der Mantelfläche mittels Teilchenstrahlung, wie mittels eines Elektronenstrahls, liegen die entsprechenden Energiedichten deutlich unterhalb derer der Laserbehandlung. Sie können einen Bruchteil, wie ein 1/10 oder 1/100 der genannten Energiedichte von Laserstrahlung aufweisen.
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Mit dem Begriff bestimmungsgemäßer Einsatz ist die Verwendung des Walzenbezugs für den dafür vorgesehenen Zweck zu verstehen, also in der Maschine gemeint. Zu diesem Zeitpunkt ist der Walzenbezug fertig. Er ist dann in dieser, z.B. in einer zur Maschine zugehörigen Pressvorrichtung eingebaut.
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Wenn davon die Rede ist, dass die Bestrahlung nach einer Aushärtung der wenigstens einen Polymerschicht oder des gesamten Walzenbezugs bzw. nach einer mechanischen Bearbeitung des Walzenbezugs erfolgt, dann ist der Zeitpunkt der Herstellung des Walzenbezugs gemeint. Die erfindungsgemäße Bestrahlung findet daher bei oder unmittelbar nach der Herstellung und bevorzugt vor der bestimmungsgemäßen Verwendung des Walzenbezugs statt. Man könnte auch sagen, dass die erfindungsgemäße Bestrahlung (bzw. Bearbeitung) des Walzenbezugs noch Teil des Herstellungsverfahrens eines solchen ist.
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Der Begriff des thermischen Abtragens bezeichnet ein Fertigungsverfahren, bei dem einzelne Werkstückschichten oder -teile von dem Werkstück auf nicht-mechanischem Weg, also thermisch, abgetrennt werden. Bezogen auf die wenigstens eine Polymerschicht, werden dort Teile dieser durch lokale Überhitzung des Materials der Polymerschicht oberhalb dessen Schmelz-, Zerstörungs- oder Verdampfungstemperatur abgetragen. Ein solches thermisches Abtragen kann z.B. durch Wellenstrahlung, wie Laserstrahlung erfolgen.
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Es hat sich gezeigt, dass infolge des thermischen Abtrags die Rissneigung eines solchen bestrahlten Walzenbezugs verringert ist. Durch die lokale Erhitzung oberhalb der Polymerschicht oberhalb der Schmelztemperatur des Materials des Polymers ergibt sich ein teilweises Aufschmelzen des Polymers, hier Polyurethans. Besonders wenn Strukturen, wie Rillen oder Bohrungen in die Mantelfläche mittels Laserstrahls eingearbeitet werden, schmilzt das Material an den Begrenzungen der Strukturen auf. Hierdurch sinkt die Rissneigung eines solchen Walzenbezugs im Vergleich zu einer bekannten, spanabhebenden Herstellung solcher Strukturen. Denn eine solche Herstellung geht immer mit Mikrorissen einher. Gemäß der Erfindung können also die mechanischen Eigenschaften eines mit entsprechenden Strukturen versehenen Walzenbezugs erheblich verbessert werden.
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Unter Nachvernetzung wird die nachträgliche Vernetzung eines bereits vernetzten Materials, hier der wenigstens einen Polymerschicht verstanden. Vernetzung bezeichnet in der makromolekularen Chemie Reaktionen, bei denen eine Vielzahl einzelner Makromoleküle zu einem dreidimensionalen Netzwerk verknüpft wird. Die Verknüpfung kann entweder direkt beim Aufbau der Makromoleküle oder durch Reaktionen an bereits bestehenden Polymeren erreicht werden. Durch den Prozess der Vernetzung verändern sich die Eigenschaften der vernetzten Stoffe. Allgemein wird eine Erhöhung der Härte, der Zähigkeit, des Schmelzpunktes und eine Absenkung der Löslichkeit des Materials beobachtet. Die Veränderung nimmt mit dem Vernetzungsgrad, dem Anteil der vernetzten Stellen bezogen auf die Gesamtpolymermenge, zu. Eine solche Nachvernetzung kann z.B. durch Teilchenstrahlung erfolgen. Dabei wird die Energiedichte derart gewählt, dass das Material der zu bestrahlenden Polymerschicht nicht oberhalb dessen Schmelz-, Zerstörungs- oder Verdampfungstemperatur erhitzt wird.
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Mit dem Begriff „Änderung der mechanischen Eigenschaften der bestrahlten Polymerschicht“ wird die Modifizierung z.B. der Härte oder Duktilität der Polymerschicht verstanden. Dabei erfolgt die Bestrahlung analog wie bei der Nachvernetzung erläutert mit vergleichsweise geringen Energiedichten, sodass das Material der zu bestrahlenden Polymerschicht unterhalb dessen Schmelz-, Zerstörungs- oder Verdampfungstemperatur lokal behandelt wird.
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Durch die Behandlung der Polymerschicht mittels Teilchenstrahlung können gezielt die Härte oder Duktilität dieser beeinflusst werden. Damit kann die erfindungsgemäße Aufgabe besonders gut gelöst werden.
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Wenn von lokaler Bestrahlung die Rede ist, dann ist damit gemeint, dass nur Teile der Mantelfläche der Polymerschicht zu einem Zeitpunkt bestrahlt werden. Das bedeutet, dass zu selben Zeitpunkt die übrigen Teile der Mantelfläche der Polymerschicht nicht bestrahlt werden. Lokal bestrahlte Bereich sind parallel zur Mantelfläche der Polymerschicht verlaufende und damit eine Teilfläche der Gesamtmantelfläche der Polymerschicht begrenzende Gebilde. Die lokal bestrahlten Bereiche sind also örtlich begrenzte, von der Strahlung überstriche Bereiche der Mantelfläche der Polymerschicht. Lokal bestrahlte und nicht-bestrahlte Bereiche grenzen entlang der Mantelfläche unmittelbar aneinander an. Wenn beispielsweise Bohrungen oder Rillen durch thermisches Abtragen hergestellt werden, dann stellen die einzelnen Bohrungen bzw. die Rillen an sich die bestrahlten Bereiche und das diese Strukturen umgebende, verbleibende Material der Polymerschicht entsprechend nicht-bestrahlten Bereich der Polymerschicht dar.
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Unter Struktur im Sinne der Erfindung wird eine für das menschliche Auge sichtbare und bleibende, also nach der Bestrahlung sich nicht ändernde Oberflächenzeichnung verstanden.
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Ein Muster im Sinne der Erfindung besteht aus sich wiederholenden, bevorzugt periodisch wiederholenden Strukturen. Wie die Struktur auch, kann das zumindest eine Muster gleichmäßig über im Wesentlichen die gesamte Mantelfläche der zumindest einen Polymerschicht verteilt sein. Muster bzw. Struktur können im Wesentlichen über die gesamte Längen- und Breitenrichtung des Walzenbezugs verlaufen. Im Wesentlichen bedeutet hierbei mindestens 50% des entsprechenden Werts. Auch mehrere unterschiedliche Muster auf ein- und derselben Mantelfläche der Polymerschicht sind denkbar.
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Die Strukturen bzw. Muster können sowohl aus Vertiefungen und/oder Erhebungen (Vorsprüngen und/oder Vertiefungen) der Polymerschicht gebildet sein. Es kann sich dabei um Rillen, wie mehrere voneinander sich über den Umfang des Walzenbezugs (bzw. der Mantelfläche der Polymerschicht) erstreckende Umfangsrillen oder eine oder mehrere spiralförmig über den Umfang erstreckende Spiralrillen handeln.
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Die Strukturen können auch in Form von Bohrungen, wie Sacklockbohrungen oder Durchgangsbohrungen ausgebildet sein. Kombinationen aus Rillen und Bohrungen innerhalb der Mantelfläche der Polymerschicht sind denkbar. Rillen und Bohrungen können eine in einem Querschnitt durch die Längsachse des Walzenbezugs gesehen beliebige Form aufweisen. Bevorzugt kann die Kontur jeder Struktur, also einer solchen Bohrung oder Rille in einer Draufsicht auf diese einer ebenen geometrischen Figur entsprechen. Letztere sind z.B. Polygone, Kreise sowie deren Kegelschnitte und Kombinationen hiervon. Die Volumina, die diese Struktur begrenzen, können entsprechend dreidimensionale geometrische Figuren sein, wie Kugelschalen, Kegelstümpfe usw. Auch mehrere unterschiedliche Konturen auf ein- und derselben Mantelfläche der jeweiligen Polymerschicht sind denkbar. Bei Bohrungen kann es sich um Durchgangs- oder Sacklochbohrungen handeln.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Oberfläche der Strukturen eine bestimmte Rauigkeit aufweist. So hat sich gezeigt, dass sich wenig raue Oberflächen positiv die Entwässerungsleistung derartiger Strukturen auswirken. Besonders dann, wenn die Innenflächen der Blindbohrungen bzw. Rillen eine gemittelte Rautiefe Rz kleiner 50 µm, bevorzugt kleiner 30 µm, besonders bevorzugt kleiner 10 µm aufweisen und diese bevorzugt zwischen 1 µm und 50 µm, bevorzugt zwischen 1 µm und 30 µm und besonders bevorzugt zwischen 1 µm und 10 µm beträgt.
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Wie dem Fachmann bekannt ist, wird die gemittelte Rautiefe Rz bestimmt, indem eine definierte Messstrecke auf der Innenoberfläche eines Durchgangskanals in sieben Einzelmessstrecken eingeteilt wird, wobei die mittleren fünf Messstrecken gleich groß sind. Die Auswertung erfolgt nur über diese fünf Messstrecken, da der anzuwendende Gauß-Filter eine halbe Einzelmessstrecke Vor- bzw. Nachlauf benötigt beziehungsweise eine Faltung ein nicht zu vernachlässigendes Ein- und Auslaufverhalten aufweist. Von jeder dieser Einzelmessstrecken des Profils wird die Differenz aus maximalem und minimalem Wert ermittelt. Aus den somit erhaltenen fünf Einzelrautiefen wird der Mittelwert gebildet.
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Klassischerweise kann die Rauigkeitsmessung als taktile Messung von 2D-Profilschnitten erfolgen. Hierzu wird auf die Normen DIN EN ISO 4287 und 4288 verwiesen. Von der Anmelderin in Auftrag gegebene Untersuchungen haben gezeigt, dass sich die gemittelte Rautiefe Rz der Innenoberfläche eines Durchgangskanals von Laser-gebohrten Substraten einfacher durch 3D-Erfassung der zu untersuchenden Fläche mittels optischer Messtechnik bestimmen lässt. In diesem Zusammenhang wird auf die Norm DIN EN ISO 25178 verwiesen. Konkret wird vorgeschlagen, zur Ermittlung der gemittelte Rautiefe Rz zunächst das Substrat aufzuschneiden, wobei der Schnitt vorzugsweise die Mittelachse des Durchgangskanals, dessen Innenoberfläche untersucht werden soll, umfasst. Anschließend wird die Innenoberfläche mittels eines geeigneten optischen Geräts dreidimensional vermessen. Dazu können optische profil- und flächenbasierenden Methoden, wie die Konfokalmikroskopie, Konoskopische Holografie, Fokusvariation oder Weißlichtinterferometrie gewählt werden.
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Grundsätzlich ist es denkbar, dass der Walzenbezug eine Verstärkungsstruktur aufweist. Mit dem Begriff Verstärkungsstruktur im Sinne der Erfindung ist eine Verstärkung der wenigstens einen, das Polymer enthaltenden oder aus diesem bestehenden Schicht - also der Polymerschicht - gemeint. Dabei kann die Verstärkungsstruktur vollständig in die jeweilige Polymerschicht eingebettet sein, sodass die Verstärkungsstruktur nicht über die Begrenzung der jeweiligen Polymerschicht hinausgeht. Anders ausgedrückt übernimmt die Polymerschicht die Rolle einer Matrix, welche die Verstärkungsstruktur umgibt und infolge von Adhäsions- oder Kohäsionskräften an die Matrix bindet. Eine solche Verstärkungsstruktur kann textile Liniengebilde - z. B. Garne oder Zwirne - und/oder textile Flächengebilde - wie z. B. Gewebe, Gewirke, Gestricke, Geflechte oder Gelege - umfassen und aus einem entsprechenden Ausgangsmaterial, z.B. durch Wickeln herstellbar sein. Unter Ausgangsmaterial wird jenes Material oder Halbzeug verstanden, mittels dem die Verstärkungsstruktur des erfindungsgemäßen fertigen Walzenbezugs hergestellt wird. Bevorzugt ist die Verstärkungsstruktur in der radial inneren, besonders bevorzugt in der radial innersten Polymerschicht angeordnet. Hierdurch lassen sich die erfindungsgemäßen Vorteile besonders gut umsetzen.
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Als textile Flächengebilde im Sinne der vorliegenden Erfindung gelten flächenförmige Gebilde wie z. B. Gewebe, Gewirke, Gestricke, Geflechte, Gelege oder geklöppelte Strukturen. Derartige textile Flächengebilde sind grundsätzlich aus einer Vielzahl von linienförmigen Gebilden, wie Fäden hergestellt. Bei Flächengebilden bilden also die linienförmigen Gebilde Öffnungen des Flächengebildes aus oder begrenzen diese. Man könnte auch sagen, dass das textile Flächengebilde nach Art eines Netzes oder Gitters ausgeführt ist und die Öffnungen die Maschen des Netzes oder Gitters darstellen. Diese Öffnungen können - in Draufsicht auf ein solches Flächengebilde gesehen - unterschiedliche geometrische Formen, wie Vielecke, z.B. Rhomben, Vierecke oder Sechsecke annehmen.
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Als Gewebe wird ein aus Kett- und Schussfäden gewebtes, textiles Flächengebilde verstanden. Kett- und Schussfäden überkreuzen sich dabei. Das Gewebe kann dabei ein einziges oder mehrere unterschiedliche, bevorzugt mehrere in ihren mechanischen Eigenschaften unterschiedliche Fadensysteme umfassen. Aber es ist auch denkbar, dass solche Gewebe eingesetzt werden, bei denen die Fäden von Kette und Schuss aus dem gleichen Material hergestellt sind. Fäden, die als Kett- und Schussfäden dienen, berühren sich an den Kreuzungspunkten untereinander.
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Ein Gestrick oder Gewirk kann Maschenware sein. Unter dem Begriff Maschenware werden solche Flächengebilde verstanden, bei denen eine mittels Faden gebildete Schleife in eine andere Schleife hineingeschlungen ist. Gestricke können beispielweise durch Stricken oder Häkeln erhalten werden, wobei jede Maschenreihe aus einem einzigen Faden, Masche für Masche gebildet wird. Gestricke bestehen aus ein oder mehreren Fadensystemen. Dabei greift eine Schlinge in die Schlinge der vorangehenden Maschenreihe. Beim Gewirk hingegen werden mindestens zwei Fadensysteme verwendet und die Maschen einer Maschenreihe gleichzeitig ausgebildet. Die Schlingen definieren hier die Kreuzungspunkte, an denen sich die Fäden untereinander berühren.
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Unter dem Begriff Geflecht wird eine Verschränkung oder ein Ineinanderschlingen zwischen direkt benachbarten Fäden verstanden. Dabei können die Fäden spiralförmig ausgeführt sein. Das selbsttragende Flächengebilde sieht aus, als wären die einzelnen Fäden durch Ineinanderschlingen der Spiralen erzeugt. Also als ob ein Faden der Länge nach in einen benachbarten Faden hineingedreht wäre, sodass sich beide Spiralen ineinanderschlingen und an den Kreuzungspunkten berühren. Die Längsmittelachsen der Spiralen liegen bei diesem Flächengebilde dann parallel zueinander. Man spricht dann von einem Spiralgeflecht.
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Grundsätzlich wird unterscheiden, ob die Flächengebilde nach deren Herstellung selbstständig tragfähig sind oder nicht. Dies trifft auf die eingangs genannten Strukturen bis auf die Gelege zu. Gelege sind zwar auch Flächengebilde, die aus einer oder mehreren Lagen von parallel verlaufenden Fäden bestehen. Letztere sind an ihren Kreuzungspunkten jedoch nicht stoff-, kraft- oder formschlüssig miteinander fixiert. Ein solches Gelege ist nach dem Legen daher selbst nicht tragfähig, d.h. dass es bei Verlagerung die ihm verliehene Form verliert. Damit es seine Form beibehält, müssen die aufeinander gelegten Fäden zwangsweise gehalten werden.
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Die Fäden eines solchen textilen Flächengebildes - und somit die Flächengebilde selbst - können aus einem Polymer hergestellt sein oder ein solches umfassen.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen bevorzugt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Walzenbezug, umfassend wenigstens eine Polymerschicht, wobei die Mantelfläche der wenigstens einen Polymerschicht mittels Teilchenstrahlung oder Wellenstrahlung lokal bestrahlt ist.
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Auch betrifft die vorliegende Erfindung eine Walze, wobei die Walze wenigstens einen erfindungsgemäßen Walzenbezug aufweist.
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Zudem betrifft die Erfindung die Verwendung einer solchen Walze in einer Maschine zur Herstellung und/oder Behandlung einer Faserstoffbahn, bevorzugt einer Papier-, Karton-, Tissue- oder Zellstoffbahn, umfassend eine Presswalze und eine Gegenwalze, die zusammen einen Nip ausbilden oder begrenzen, wobei die Presswalze einen umlaufenden Walzenbezug umfasst und der Walzenbezug gemäß der Erfindung ausgebildet ist.
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Eine solche erfindungsgemäße Walze kann eine Formier-, Leit-, Antriebs-, Saug- oder Auftragswalze einer Maschine zur Behandlung einer Faserstoffbahn, bevorzugt einer Papier-, Karton-, Tissue- oder Zellstoffbahn sein oder als solche in der Maschine Verwendung finden. Besonders Leit- oder Antriebswalzen, die mit ihrer radial äußeren Mantelfläche stets in direktem Kontakt mit einer Bespannung sind und damit Reibpartner darstellen, kann ein möglicher Schlupf verhindert werden. Denn durch in die radial äußerte Mantelfläche erfindungsgemäß eingebrachte Strukturen kann die Reibung zwischen der Walze und der Bespannung zum einen dadurch verbessert werden, dass z.B. Wasser aus dem Herstellprozess der Faserstoffbahn zwischen die Reibpartner gelangt und über die als Vertiefung ausgebildeten Strukturen abtransportiert werden kann. Die Strukturen können z.B. thermisch abtragend in die radial äußerste Mantelfläche der Leit- oder Antriebswalze eingebracht sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Reibung oder der Widerstand des Walzenbezugs gegen Abrasion durch lokale Bestrahlung unterhalb der Schmelz-, Zerstörungs- oder Verdampfungstemperatur des Materials des Walzenbezugs verbessert werden. Analog gilt dies auch für Formier- sowie Auftragswalzen. Somit ergeben sich gegenüber den eingangs genannten erfindungsgemäßen Vorteilen zusätzliche Bonuseffekte bei Einsatz der erfindungsgemäßen Bestrahlung bei den genannten Walzenarten.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ohne Einschränkung der Allgemeinheit näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
- 1 eine teilgeschnittene, schematische Seitenansicht einer Schuhpresse mit einem Walzenbezug gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
- 2 eine mögliche Ausführungsform eines mehrschichtigen Walzenbezugs in einen Schnitt durch dessen Längsachse gesehen;
- 3 eine schematisierte Darstellung der Bearbeitung eines Walzenbezugs mittels Bestrahlung in einer räumlichen Ansicht gesehen.
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In der 1 ist eine Schuhpresse 10 dargestellt, welche vorliegend eine Presswalze, wie Schuhpresswalze 12, und eine weitere Walze, nachfolgend Gegenwalze 14 bezeichnet, umfasst. Schuhpresswalze 12 und Gegenwalze 14 sind hinsichtlich ihrer Längsachsen parallel zueinander angeordnet. Sie bilden zusammen einen Nip 22 aus oder begrenzen einen solchen.
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Während die Gegenwalze 14 hier aus einer um ihre Längsachse rotierenden zylindrisch ausgestalteten Walze besteht, ist die Schuhpresswalze 12 aus einem Schuh 16, einem diesen tragenden, stehenden Joch 18 und einem Pressmantel 20 zusammengesetzt. Schuh 16 und Joch 18 sind in Bezug auf die Gegenwalze 14 bzw. den Pressmantel 20 feststehend angeordnet. Das bedeutet, sie rotieren nicht. Dabei wird der Schuh 16 durch das Joch 18 abgestützt und über nicht dargestellte, hydraulische Presselemente an die radial innerste Oberfläche des relativ dazu umlaufenden Pressmantels 20 angepresst. Der Pressmantel 20, der Schuh 16 und Joch 18 in Umfangsrichtung umgibt, dreht sich dabei um seine Längsachse im entgegengesetzten Drehsinn zu der Gegenwalze 14. Aufgrund der konkaven Ausgestaltung des Schuhs 16 an seiner der Gegenwalze 14 zugewandten Seite ergibt sich ein vergleichsweise langer Nip 22.
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Die Schuhpresse 10 eignet sich insbesondere zur Entwässerung von Faserstoffbahnen 24. Bei dem Betrieb der Schuhpresse wird eine Faserstoffbahn 24 mit einem oder zwei Pressfilzen 26, 26' durch den Pressspalt 22 geführt. Im vorliegenden Fall sind es genau zwei Pressfilze 26, 26', die die Faserstoffbahn 24 sandwichartig zwischen sich aufnehmen. Beim Durchgang durch den Nip 22 wird im Nip 22 auf die Faserstoffbahn 24 durch die Pressfilze 26, 26' mittelbar ein Druck ausgeübt. Dies geschieht dadurch, dass die radial äußerste Oberfläche der Gegenwalze 14 einerseits und die radial äußerste Oberfläche des Walzenbezugs 20 unmittelbar mit den entsprechenden Pressfilzen 26, 26' in Kontakt kommen. Die aus der Faserstoffbahn 24 austretende Flüssigkeit wird von dem bzw. den Pressfilzen 26, 26' und etwaigen in der Pressmanteloberfläche vorgesehen Vertiefungen, wie Rillen und/oder Bohrungen (nicht dargestellt) vorübergehend aufgenommen. Nach dem Verlassen des Nips 22 wird die von den Vertiefungen des Pressmantels 20 aufgenommene Flüssigkeit abgeschleudert, bevor der Pressmantel 20 erneut in den Presspalt 22 eintritt. Zudem kann das von dem Pressfilz 26, 26' aufgenommene Wasser nach dem Verlassen des Pressspalts 22 mit Saugelementen entfernt werden.
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Die in 1 dargestellte Gegenwalze 14 weist einen auf einem Walzenkern 14.2 angeordneten Walzenbezug 14.1 aus. Die Gegenwalze 14 kann, wie in den nachfolgenden Figuren dargestellt, gemäß der Erfindung ausgeführt sein.
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In der 2 ist in einem nicht maßstäblichen, teilweise dargestellten Querschnitt durch die Längsachse 14' der fertigen Gegenwalze 14 eine mögliche Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Der Abstand der Längsachse 14' zu der radial innersten Oberfläche der Walzenkerns 14.2 ist ebenfalls nicht maßstäblich dargestellt.
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Gemäß der Darstellung der 2 weist der Walzenbezug 14.1 genau eine Polymerschicht 14.1.1 auf. Letztere ist stoffschlüssig auf dem Walzenkern 14.2 aufgebracht. Grundsätzlich könnte auch mehr als eine Polymerschicht 14.1.1 vorgesehen sein, welche dann in Radialrichtung des Walzenbezugs 14.1 übereinander angebracht sein würden. Im Bereich der radial äußersten Mantelfläche der Polymerschicht 14.1.1 können Strukturen wie Rillen und/oder Bohrungen eingebracht sein.
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Im vorliegenden Falle sind die erste und eine zweite Polymerschicht 14.1.1, 20.2, aus einem Polyurethan hergestellt. Dieses ist z.B. aus einem Präpolymer und einem Vernetzer erhältlich.
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3 zeigt eine schematische, ebenfalls nicht maßstäbliche, räumliche Darstellung eines erfindungsgemäßen Bearbeitungsverfahrens des Walzenbezugs 14.1.
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Der Walzenbezug 14.1 mit dessen ausgehärteter, wenigstens einer Polymerschicht 14.1.1 wird nach dessen Herstellung lokal mittels eines Strahls 30.1 aus der Strahlquelle 30 bestrahlt. Die Strahlquelle 30 ist so auf den Walzenbezug 14.1 gerichtet, dass der von ihr emittierte Strahl 30.1 auf die Mantelfläche der (radial äußersten) Polymerschicht 14.1.1 auftrifft. Die Fläche des Strahls 30.1, die auf der zu bestrahlenden Mantelfläche - hier die radial äußerste bezogen auf die Drehachse (Längsachse 14') - auftrifft ist deutlich (um ein Vielfaches) kleiner als die gesamte Mantelfläche des Walzenbezugs 14.1 bzw. der Polymerschicht 14.1.1. In der gezeigten Darstellung ist dies nur schematisch und nicht maßstabsgetreu gezeigt. Durch eine entsprechende Relativbewegung des Strahls 30.1 bzw. der Strahlquelle 30 zum zu bearbeitenden Walzenbezug 20 kann sukzessive entweder die gesamte oder nur ein Teil der Mantelfläche der Polymerschicht 14.1.1 lokal bestrahlt werden. Dazu kann der Walzenkern 14.2 mit dem Walzenbezug 14.1 um dessen Längsachse 14' drehangetrieben und gleichzeitig relativ dazu die Strahlquelle 30 entlang der Längsachse 14' verschoben werden.
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In dem dargestellten Beispiel ist ein lokal bestrahlter Bereich 40.1 (schraffiert) der Polymerschicht 14.1.1 zu sehen, der an einen nicht-bestrahlten Bereich 40.2 (gepunktet) der Mantelfläche grenzt.
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Die Strahlquelle 30 kann derart ausgeführt sein, dass sie als Strahl 30 Teilchenstrahlung, z.B. in Form von Elektronen oder Wellenstrahlung, z.B. in Form von elektromagnetischer Strahlung, wie Laserlicht emittiert. Die Strahlquelle 30 kann auch so ausgeführt sein, dass die Energie des emittierten Strahls 30 einstellbar ist. Die Strahlquelle 30 kann auch derart eingerichtet sein, dass zusätzlich die Bestrahlungsdauer der Mantelfläche mit dem Strahl 30 einstellbar ist. Dies kann dadurch geschehen, indem der Vorschub der Relativbewegung von Strahlquelle 30 zum Walzenbezug 14.1 variabel eingestellt wird.
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Je nachdem, wie die Verfahrensparameter, also die Energie der Strahlquelle 30 bzw. die Bestrahlungsdauer eingestellt sind und die Art des Strahls 30.1 ausgewählt ist (Teilchen- oder Wellenstrahlung), kann die Mantelfläche der Polymerschicht 14.1 jeweils lokal unterhalb der Schmelz-, Zersetzungs- oder Verdampfungstemperatur erhitzt oder thermisch abgetragen werden. Bei der erstgenannten Alternative kann damit eine Änderung der mechanischen Eigenschaften der bestrahlten Polymerschicht (bzw. dessen Mantelfläche), wie eine Nachvernetzung erzielt werden. Beim thermischen Abtrag können z.B. die Rillen, Bohrungen, wie sie in der 2 gezeigt sind oder sonstige Strukturen auf der Mantelfläche der wenigstens einen Polymerschicht 14.1.1 des Walzenbezugs 14.1 erzeugt werden.
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Der Vorrichtung zur Bestrahlung des Walzenbezugs kann auch eine Mehrzahl (unterschiedlicher) Strahlquellen zugeordnet sein. Im erstgenannten Fall wird die lokale Bestrahlung der Mantelfläche so gewählt, dass eine Änderung der mechanischen bzw. dynamischen Eigenschaften, insbesondere eine Nachvernetzung der Polymerschicht 14.1.1 stattfindet. Hierdurch können die dynamischen sowie mechanischen Eigenschaften des Polymers und dadurch die des Walzenbezugs 20 erheblich verbessert werden. Im zweitgenannten Fall werden Teile der Mantelfläche derart durch den Strahl 30.1 lokal thermisch behandelt, dass das Material der Polymerschicht 14.1.1 oberhalb dessen Schmelz-, Zersetzungs- oder Verdampfungstemperatur lokal erhitzt wird. Man spricht dann vom thermischen Abtrag. Auf diese Art können bleibende, mit dem menschlichen Auge sichtbare, dreidimensionale Strukturen in die Mantelfläche der Polymerschicht 14.1.1 eingebracht werden. Solche Strukturen können z.B. Rillen (schraffiert dargestellt) und/oder Bohrungen sein, die über die Mantelfläche verteilt - gegebenenfalls zu einem sich wiederholenden Muster - angeordnet sind. Die Rille kann, wie hier dargestellt, als eine Spiralrille, die sich über den gesamten Außenumfang der Polymerschicht 14.1.1 erstreckt ausgeführt sein. Die Bohrungen und die Rille bilden damit Strukturen auf der Mantelfläche der Polymerschicht 14.1.1 aus. Sie können auch ein Muster ausbilden.
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Prinzipiell ist es denkbar bei einem mehrschichtigen Walzenbezug auch wenigstens eine Mantelfläche der verbleibenden Polymerschichten, hier z.B. der radial innersten Polymerschicht 14.1.1 nach deren Aushärtung lokal zu bestrahlen und hiernach erst die radial äußerste Polymerschicht 14.1.1 aufzubringen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- DIN EN ISO 4287 und 4288 [0037]
- Norm DIN EN ISO 25178 [0037]
