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Die Erfindung betrifft eine Prägewalze mit einem Walzenballen aus einem metallischen Werkstoff und einem auf den Walzenballen außenseitig aufgebrachten Überzug aus mindestens einer Schicht auf Basis von Poly(organo)siloxan.
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Prägewalzen der eingangs genannten Art sind vielfältig bekannt und werden beispielsweise zum Prägen bzw. Strukturieren von Kunstlederoberflächen verwendet. Dabei wird der Überzug mit der gewünschten Prägestruktur, zum Beispiel einer Ledernarbung, versehen, indem die Struktur von einem Urmuster negativ auf den Überzug übertragen wird. Die Ausbildung des Überzuges auf Basis von Poly(organo)siloxan gewährleistet dabei eine gute Übernahme der Prägestruktur sowie anschließendes exaktes Übertragen auf das zu prägende Substrat. Beispielhaft sei zum Stand der Technik auf die
US 6 962 640 B2 verwiesen.
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Neben der Übertragung der gewünschten Prägestruktur dient die Prägewalze andererseits auch dazu, die dem Kunstleder herstellungsbedingt innewohnende Wärme während des Prägevorgangs zumindest teilweise abzuführen, wofür sich der üblicherweise aus metallischen Werkstoffen gefertigte Walzenballen aufgrund seiner guten Wärmeleitfähigkeit anbietet. In diesem Zusammenhang erweist sich jedoch der außenseitig aufgebrachte Überzug auf Basis von Poly(organo)siloxan als hinderlich, da er als thermischer Isolator wirkt und den Wärmeübergang vom Kunstleder auf den Walzenballen signifikant verschlechtert. Hieraus ergibt sich ein für die Verarbeitungsgeschwindigkeit des Kunstleders auf der Prägewalze limitierender Faktor, was verbesserungswürdig erscheint.
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Aus der
DE 10 2013 017 300 A1 ist eine Prägewalze mit einer inneren Hohlkammer und einer darauf aufgebrachten mehrschichtigen Epoxidharzbeschichtung bekannt, bei der Füllstoffe zum Einsatz kommen, die entlang der Korngrenzen der Füllstoffe innerhalb der Epoxidharzbeschichtung miteinander kommunizierende Kapillaren und Hohlräume ausbilden, sodass bei Anlage eines Vakuums an die innere Hohlkammer auf der Oberfläche der Beschichtung ein Unterdruck erzeugt werden kann, der den Prägeprozess unterstützt. Eine Verbesserung des Wärmetransports ist in der genannten Druckschrift jedoch nicht angesprochen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Prägewalze der eingangs genannten Art vorzuschlagen, deren Überzug auf Basis von Poly(organo)siloxan eine gute Abformung des Urmusters und dessen Übertragung auf das zu prägende Substrat gewährleistet und die Prägewalze insgesamt eine deutlich verbesserte Wärmeleitfähigkeit aufweist, sodass eine Erhöhung der Verarbeitungsgeschwindigkeit erzielbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Prägewalze gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe schlägt die Erfindung vor, mindestens eine Schicht des Überzuges mit thermisch leitfähigen Füllstoffen zu versehen, wodurch die bislang unvermeidliche Isolationswirkung des Überzugs deutlich verringert wird und insoweit die den zu prägenden Substrat innewohnende Wärme deutlich schneller und besser an den metallischen Werkstoff des unterhalb des Überzugs befindlichen Walzenballens übertragen und abgeführt wird.
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Im Sinne der Erfindung wird nachfolgend vereinfachend der Werkstoff des Überzuges als Silikon bezeichnet, worunter die unterschiedlichsten für Prägewalzenüberzüge verwendbaren Ausführungsformen von Poly(organo)siloxanen verstanden werden.
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Nach einem Vorschlag der Erfindung werden die thermisch leitfähigen Füllstoffe aus der Carbide, Boride, Oxide und Nitride umfassenden Gruppe ausgewählt, die sich allesamt durch eine besonders hohe thermische Leitfähigkeit auszeichnen. Von den Carbiden wird insbesondere Siliziumcarbid als besonders geeigneter erfindungsgemäßer Füllstoff angesehen.
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Weitere Beispiele geeigneter Füllstoffe umfassen Metalle, wie Kupfer-, Aluminium- oder Silberpartikel, diamantartige Strukturen, Carbo-nanotubes und Graphen, ferner Carbonate, Quarzsand, Eisenoxid, Aluminiumoxid, Calcium, Magnesiumoxid und/oder Titanoxid.
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Alle vorgenannten Füllstoffe können sowohl einzelnen als auch in beliebigen Kombinationen verwendet werden. Dies richtet sich insbesondere nach den gewünschten Eigenschaften des Überzuges und kann vom Fachmann entsprechend ausgewählt werden.
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Die Menge der eingesetzten thermisch leitfähigen Füllstoffe beträgt nach einem Vorschlag der Erfindung etwa 1 bis 50 Gewichtsprozent, bezogen auf die in der Schicht des Überzuges eingesetzte Menge an Silikon, vorzugsweise etwa 30 bis 40 Gewichtsprozent. Der Füllgrad kann vom Fachmann entsprechend des jeweils eingesetzten Silikontyps für die Herstellung der entsprechenden Schicht des Überzuges ausgewählt werden, wobei auch geringere oder höhere Füllgrade als die eingangs erwähnten 1 bis 50 Gewichtsprozent vorgesehen werden können.
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Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung werden die thermisch leitfähigen Füllstoffe in Partikelform eingesetzt, wobei Korngrößen zwischen 100 und 2.400 Mesh, beispielsweise 600 bis 1.200 Mesh, als besonders geeignet angesehen werden.
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In an sich bekannter Weise kann der Überzug aus einer oder mehreren Schichten schlauchförmig ausgebildet werden und anschließend auf den Walzenballen als äußere Hülle aufgezogen werden. Eine solche schlauchförmige Ausgestaltung kann durch Bereitstellen eines geeigneten Silikons für eine oder mehrere Schichten des Überzugs und Mischen mit Vernetzer sowie Zugabe der erfindungsgemäßen Füllstoffe in den hierfür vorgesehenen Schichten bewirkt werden, die gemeinsam in der entsprechenden Form auf einem geprägten Urmusterzylinder in flüssiger Form aufgetragen werden. Nach dem Ausvernetzen der solchermaßen hergestellten Silikonschichtenfolge kann der erhaltene Schlauch nach weiteren Bearbeitungsschritten in der entsprechenden Prägeapplikation als Überzug eines Walzenballens der Prägewalze eingesetzt werden.
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Je nach Ausgestaltung der Prägewalze kann der Überzug mit der gewünschten Prägestruktur in Form von Erhebungen und/oder Vertiefungen auf der Oberfläche oder mit einer glatten Oberfläche, etwa als Gegenwalze einer strukturierten weiteren Prägewalze ausgebildet werden.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist der Überzug lediglich einschichtig ausgebildet und umfasst in dieser einen Schicht auch die erfindungsgemäß vorgesehenen thermisch leitfähigen Füllstoffe.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Überzug mehrschichtig ausgebildet, wobei entweder alle oder nur einige der insgesamt vorgesehenen Schichten mit den erfindungsgemäßen thermisch leitfähigen Füllstoffen gefüllt sind. Insbesondere kann in einem solchen Fall vorgesehen sein, dass zumindest die die Außenoberfläche bildende Schicht, welche auch als Deckschicht bezeichnet werden kann, keine thermisch leitfähigen Füllstoffe enthält, während die im Querschnitt unterhalb der Deckschicht befindlichen weiteren Schichten mit entsprechenden erfindungsgemäßen Füllstoffen gefüllt sind, sodass die thermische Leitfähigkeit der Prägewalze in weiten Grenzen variiert werden kann.
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Ferner kann durch den Gehalt an Füllstoffen neben der Wärmeleitfähigkeit auch die Härte des Überzugs der Prägewalze variiert werden, sodass die Abformgenauigkeit in Abhängigkeit von dem Druck der Anpresswalze während des Prägeschrittes angepasst werden kann.
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In jedem Falle gelingt es durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung, eine Prägewalze mit deutlich verbesserter Wärmeleitfähigkeit gegenüber dem Stand der Technik auszubilden, die eine Geschwindigkeitserhöhung der mit einer solchen Prägewalze ausgerüsteten Prägestation erlaubt und überdies das Prägeergebnis auf dem zu prägenden Substrat verbessert.
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Weitere Ausgestaltungen und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung erläutert. Es zeigen:
- 1 in einer schematisierten Darstellung eine Prägewalze gemäß der Erfindung;
- 2 die Einzelheit A in 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
- 3 die Einzelheit A in 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
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Aus der 1 ist in einer stark vereinfachten schematisierten Darstellung eine Prägewalze 1 ersichtlich, die beidseits eines Walzenballens 10 axiale Walzenzapfen 110 aufweist, mit der sie in an sich bekannter Weise drehbar in einer Prägevorrichtung gelagert werden kann. Die Prägewalze verfügt über eine nicht näher spezifizierte strukturierte Oberfläche 100 des Walzenballens 10, beispielsweise in Gestalt einer aus Erhebungen und Vertiefungen bestehenden Ledernarbe. Eine solche Prägewalze 1 kann somit beispielsweise zum Prägen eines Kunstledersubstrats mit der auf der Oberfläche 100 negativ abgeformten Ledernarbe dienen.
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Wie in näheren Einzelheiten aus den vergrößerten Schnittdarstellungen gemäß 2 und 3 ersichtlich, umfasst der Walzenballen 10 auf seiner die strukturierte Oberfläche 100 ausbildenden Außenseite einen schlauchförmigen Überzug 11 aus einem geeigneten Silikon, welcher auf den aus metallischem Werkstoff gefertigten Walzenballen 10 als Außenschicht aufgezogen ist.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist der schlauchförmige Überzug 11 einschichtig ausgebildet und umfasst homogen in das Silikon des Überzugs 11 eingearbeitete partikelförmige Füllstoffe 12, die eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen und somit dem an sich nur eine schlechte thermische Leitfähigkeit aufweisenden Silikon des Überzugs 11 eine deutlich verbesserte Wärmeleitfähigkeit verleihen.
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Beispielsweise kann der Überzug 11 aus dem handelsüblich erhältlichen Silikon „ELASTOSIL® RT 628 A“ oder einem entsprechenden Pendant ohne Füllstoffe der Wacker Chemie AG, München, einem Polydimethylsiloxan mit funktionellen Gruppen und Hilfsstoffen für die Additionsvernetzung sowie etwa 30 Gewichtsprozent Siliziumcarbid einer Feinheit von 600 bis 1.200 Mesh als Füllstoffen 12 hergestellt sein.
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In Abwandlung zu dem aus der 2 ersichtlichen Ausführungsbeispiel zeigt die 3 einen Überzug 11 aus insgesamt drei diskreten, aufeinander liegenden Schichten 11.3, 11.2, 11.1, von denen die die Außenoberfläche bildende Schicht 11.1 aus einem ungefüllten Silikonwerkstoff und die zwischen der Schicht 11.1 und der metallischen Wandung des Walzenballens 10 liegenden weiteren Schichten 11.2, 11.3 des Überzugs 11 jeweils aus einem die thermisch leitfähigen Füllstoffe 12 enthaltenden Silikonmaterial gebildet sind. Hierdurch kann die sich ergebende gesamte thermische Leitfähigkeit des Überzugs 11 in weiten Grenzen gesteuert werden.
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In jedem Fall ist die Wärmeleitfähigkeit des mit thermisch leitfähigen Füllstoffen 12 gefüllten Überzugs 11 deutlich erhöht, sodass die Wärme des hier nicht dargestellten, über die Oberfläche der Prägewalze 1 geführten Substrats, beispielsweise Kunstleder, deutlich schneller und effektiver an die metallische Struktur des Walzenballens 10 abgeführt werden kann, wodurch die Prägegeschwindigkeit einer mit der solchermaßen ausgestatteten Prägewalze 1 ausgerüsteten Prägestation ohne Qualitätsverlust gesteigert werden kann.
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Zur weiteren Steigerung der Wärmeabfuhr aus dem über die Prägewalze 1 geführten Substrat kann die Prägewalze 1 mit einer Kühleinrichtung versehen sein, z. B. indem der Walzenballen 10 von einem flüssigen Kühlmedium, wie Wasser, durchströmt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1:
- Prägewalze
- 10:
- Walzenballen
- 11:
- Überzug
- 11.1:
- innere Schicht
- 11.2:
- mittlere Schicht
- 11.3:
- äußere Schicht
- 12:
- Füllstoffe
- 100:
- Außenoberfläche
- 110:
- Lagerzapfen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 6962640 B2 [0002]
- DE 102013017300 A1 [0004]
