DE19756226A1 - Press roll - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Preßwalze einer Papiermaschine mit einem zy lindrischen Metallkörper, der an seinem Außenumfang mit einer wenig stens eine Schicht umfassenden Beschichtung versehen ist. Eine solche Preßwalze kann beispielsweise in der Pressenpartie der jeweiligen Papier maschine oder auch als Leimpreßwalze vorgesehen sein.The invention relates to a press roll of a paper machine with a zy Lindric metal body with a little on its outer circumference at least one layer comprising a coating is provided. Such Press roll can, for example, in the press section of the respective paper machine or be provided as a glue press roller.
In der Pressenpartie einer Papiermaschine wird die nasse Papierbahn an einer jeweiligen Preßstelle insbesondere durch Pressen zwischen zwei Wal zen oder zwischen einer Walze und einem Preßschuh entwässert. Dabei wird die Papierbahn in der Regel von einem Filz geführt, der auch den Abtransport des ausgepreßten Wassers vornimmt. Die Walze, die beim Preßvorgang direkt mit der Papierbahn in Berührung kommt, weist eine glatte, harte Oberfläche auf. Diese Walze muß nun mehrere Eigenschaften besitzen, um die Herstellung qualitativ hochwertigen Papiers zu ermögli chen. So soll u. a. eine leichte Ablösung des nassen Papiers gewährleistet sein, das nach dem Pressen zunächst an der Walzenoberfläche kleben bleibt. Zudem soll die Walzenoberfläche eine möglichst geringe Neigung zur Verschmutzung mit Bestandteilen des Papierstoffes aufweisen. Der Verschleiß soll möglichst gering gehalten werden, wobei erschwerend hin zukommt, daß die Walze in der Regel mittels eines gegen die Oberfläche gepreßten Schabers sauber gehalten wird. Darüber hinaus soll die Walze auch höheren Temperaturen und höheren Linienlasten im Preßspalt standhalten.The wet paper web comes on in the press section of a paper machine a respective press point, in particular by pressing between two whales zen or drained between a roller and a press shoe. Here the paper web is usually guided by a felt that also Removal of the squeezed water. The roller that the Pressing process comes into direct contact with the paper web, has one smooth, hard surface. This roller now has several properties own to enable the production of high quality paper chen. So u. a. easy removal of the wet paper is guaranteed be glued to the roller surface after pressing remains. In addition, the roll surface should have the lowest possible inclination for contamination with components of the paper stock. Of the Wear should be kept as low as possible, making it difficult comes that the roller usually by means of a against the surface pressed scraper is kept clean. In addition, the roller is said to also higher temperatures and higher line loads in the press nip withstand.
Früher wurden als Preßwalzen aus Naturgranit hergestellte Steinwalzen verwendet, die sich durch ausgezeichnete Blattabgabeeigenschaften sowie eine geringe Belegungsneigung auszeichneten. Aufgrund des Einsatzes immer größerer und schnellerer Papiermaschinen sowie infolge des ver stärkten Einsatzes von Dampfblaskästen traten im Zusammenhang mit derartigen Steinwalzen jedoch Probleme auf. Zudem sind größere Walzen für moderne Papiermaschinen nur sehr schwer verfügbar. Dies ist u. a. darauf zurückzuführen, daß derzeit weltweit nur zwei Steinbrüche existie ren, in denen die dafür benötigten Granitblöcke gebrochen werden. Dies bringt zwangsläufig hohe Kosten und lange Lieferzeiten mit sich. Infolge der großen Abmessungen moderner Walzen und der hohen Rotationsge schwindigkeiten sowie infolge eines verstärkten Einsatzes von Dampfblas kästen traten verstärkt mechanische Probleme auf. Aus papiertechnologi schen Gründen wird heißer Dampf auf die Walze geblasen. Bei einigen Walzen wurde die Festigkeitsgrenze des inhomogenen natürlichen Materi als Granit überschritten. Es kam zu Rissen und Brüchen des Granitkör pers, wobei in einem Fall ein Arbeiter sogar tödliche Verletzungen erlitt. Infolge dieser Entwicklung mußte nach einem Ersatz für die Steinwalzen gesucht werden.In the past, stone rolls made from natural granite were used as press rolls used, which is characterized by excellent sheet delivery properties as well a low tendency to occupy. Because of the effort ever larger and faster paper machines and as a result of ver increased use of steam boxes occurred in connection with such stone rollers, however, have problems. There are also larger rollers difficult to obtain for modern paper machines. This is u. a. due to the fact that there are currently only two quarries in the world in which the granite blocks required for this are broken. This brings inevitably high costs and long delivery times. As a result the large dimensions of modern rollers and the high rotation speeds and due to the increased use of steam blowing boxes, mechanical problems increased. From paper technology hot steam is blown onto the roller. With some Rolling became the strength limit of the inhomogeneous natural material exceeded as granite. The granite body cracked and broke pers, with one worker even suffering fatal injuries. As a result of this development, a replacement for the stone rollers was required be searched for.
Es wurden bereits Walzen mit einem auf den zylindrischen Metallkörper aufgebrachten Kunststoffbezug wie beispielsweise einem aus Verbund materialien bestehenden synthetischen Bezug hergestellt. Solche Bezüge führten jedoch in einer Reihe von Fällen zu Problemen. So mußte bei spielsweise die Blattabgabe durch den Zusatz von Chemikalien verbessert werden. Von Nachteil ist auch der relativ starke Verschleiß der Beschich tung. Zudem besteht eine relativ hohe Belegungsneigung aufgrund von Affinitäten zu bestimmten Bestandteilen des Papierstoffes. In jüngster Zeit wurden zudem Walzen mit auf den Metallkörper aufgebrachten thermisch gespritzten Bezügen verwendet. Diese thermisch gespritzten Bezüge wei sen gute Blattabgabeeigenschaften, einen geringen Verschleiß infolge ho her Härte sowie eine geringe Belegungsneigung auf. Bei einer Reihe von thermisch gespritzten Schichten treten jedoch Probleme im Zusammen hang mit hohen inneren Spannungen auf, die zu einer Rißbildung, einer schlechten Haftung sowie einem völligen Versagen des Bezuges, d. h. ins besondere einem Ablösen der Schicht, führen können.There have already been rollers with a cylindrical metal body applied plastic cover such as a composite existing synthetic cover. Such references however, caused problems in a number of cases. So had to for example, sheet delivery improved by adding chemicals become. Another disadvantage is the relatively high wear of the coating tung. There is also a relatively high occupancy tendency due to Affinities to certain components of the paper stock. Recently were also rollers with thermal applied to the metal body injection molded covers. This thermally sprayed cover knows good sheet delivery properties, low wear due to ho hardness and a low tendency to occupy. With a number of Thermally sprayed layers, however, bring problems together hang with high internal tensions, which lead to a cracking, a poor liability and complete failure of the cover, d. H. ins in particular detachment of the layer.
Bei einer aus der EP-0 207 921 bekannten Walze der eingangs genannten Art besteht der Bezug aus einer metallischen Grundschicht und einer äu ßeren Keramikschicht. Die nach einem Plasma-Spritzverfahren herge stellte äußere Keramikschicht kann ein- oder mehrlagig sein. Im Fall einer zweilagigen Keramikschicht besitzt die äußere, dünnere Lage eine geringe re Porosität als die innere Lage. Dabei sind die einzelnen Lagen jeweils einheitlich ausgebildet. Die metallische Grundschicht besitzt einen Aus dehnungskoeffizienten, der kleiner ist als der des Metallkörpers. Diese Grundschicht kann nach einem Spritzverfahren wie beispielsweise dem Plasma-Metallspritzverfahren hergestellt sein. Zusätzlich kann ein bei spielsweise aus rostfreiem Stahl bestehender Korrosionsschutzfilm vorge sehen sein. Auch dieser Korrosionsschutzfilm ist wieder nach einem Spritzverfahren wie beispielsweise dem Plasma-Metallspritzverfahren her gestellt.In the case of a roller known from EP-0 207 921 of the aforementioned Art, the cover consists of a metallic base layer and an outer outer ceramic layer. The after a plasma spraying process The outer ceramic layer can be one or more layers. In the case of one two-layer ceramic layer, the outer, thinner layer has a low re porosity than the inner layer. The individual layers are each uniformly trained. The metallic base layer has an off expansion coefficient, which is smaller than that of the metal body. This Base layer can be sprayed like that Plasma metal spraying process can be produced. In addition, a For example, pre-existing corrosion protection film made of stainless steel to be seen. This anti-corrosion film is also after one Spray processes such as the plasma metal spray process posed.
Bei einer aus der WO 91/13204 bekannten Walze der eingangs genannten Art ist zwischen einer einheitlich ausgebildeten einlagigen äußeren Kera mikschicht und dem Metallkörper eine ein- oder mehrlagige Zwischen schicht aus einer Mischung unterschiedlicher Materialien wie Metall- und Keramikbestandteilen vorgesehen, bei der sich das Mischungsverhältnis der Bestandteile in Radialrichtung kontinuierlich oder stufenweise so än dert, daß der Metallanteil innen am größten ist und nach außen abnimmt, wodurch eine entsprechende Anpassung des Wärmeausdehnungskoeffizi enten erreicht werden soll. Sowohl die äußere Keramikschicht als auch die Zwischenschicht können jeweils nach einem Plasma-Spritzverfahren her gestellt sein.In a roller known from WO 91/13204 of the aforementioned Kind is between a uniformly formed single-layer outer kera mic layer and the metal body a single or multi-layer intermediate layer of a mixture of different materials such as metal and Ceramic components provided in which the mixing ratio the constituents in the radial direction continuously or in stages changes in the proportion of metal on the inside and decreases on the outside, whereby a corresponding adjustment of the coefficient of thermal expansion ducks to be reached. Both the outer ceramic layer and the Intermediate layer can each be made using a plasma spraying process be posed.
In "Wochenblatt für Papierfabrikation 13, 1997" ist eine Walze mit einer einheitlich ausgebildeten einlagigen Oxidkeramikschicht beschrieben, die nach einem Plasmaverfahren auf den Metallwalzenkörper aufgebracht ist.In "Wochenblatt für Papierfabrikation 13, 1997" is a roller with a uniformly formed single-layer oxide ceramic layer described is applied to the metal roller body by a plasma process.
Ziel der Erfindung ist es, eine möglichst kostengünstige Preßwalze der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die zuvor genannten Probleme beseitigt sind.The aim of the invention is to provide the most inexpensive press roll possible to create the type mentioned above, in which the aforementioned problems are eliminated.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Be schichtung in Radialrichtung über wenigstens einen die radial äußere Schicht umfassenden Teil ihrer Dicke einen sich hinsichtlich ihrer chemi schen Zusammensetzung und/oder ihrer Struktur kontinuierlich ändern den Aufbau besitzt. Dabei ist die Beschichtung vorzugsweise zumindest teilweise in einem Spritzverfahren aufgebracht.This object is achieved according to the invention in that the loading Layering in the radial direction over at least one of the radially outer Part of their thickness encompassing one layer with respect to their chemi continuously change composition and / or structure has the structure. The coating is preferably at least partially applied in a spraying process.
Aufgrund dieser Ausbildung werden die inneren Spannungen der Be schichtung auf ein Minimum herabgesetzt, wodurch die Gefahr einer Riß bildung praktisch beseitigt ist. Mit dem sich kontinuierlich ändernden Aufbau lassen sich insbesondere unterschiedliche thermische Ausdeh nungskoeffizienten, unterschiedliche Elastizitätseigenschaften, unter schiedliche Kristallstrukturen und/oder dergleichen, die bisher für die unerwünschten inneren Spannungen verantwortlich waren, vermeiden. Erfindungsgemäß ist nun innerhalb der Beschichtung für eine kontinu ierliche Anpassung oder einen kontinuierlichen Übergang gesorgt, indem zumindest die äußerste Schicht als eine Art Gradientenschicht ausgebildet ist.Because of this training, the internal tensions of the Be stratification minimized, reducing the risk of cracking education is practically eliminated. With the continuously changing Different thermal expansions can be built up in particular coefficient, different elastic properties, under different crystal structures and / or the like, previously used for avoid unwanted internal tensions. According to the invention is now within the coating for a continuous petite adjustment or a continuous transition is taken care of by at least the outermost layer is designed as a kind of gradient layer is.
Die Variation der chemischen Zusammensetzung kann beispielsweise durch eine Variation von in eine Beschichtungsanlage eingebrachten Be schichtungsmaterialien, eine Variation von Beschichtungsparametern und/oder eine Variation der Beschichtungsgeometrie erzielt werden.The variation in chemical composition can, for example by a variation of Be introduced into a coating system layering materials, a variation of coating parameters and / or a variation of the coating geometry can be achieved.
Die Variation der Struktur kann beispielsweise durch eine Variation von in eine Beschichtungsanlage eingebrachten Beschichtungsmaterialien, ei ne Variation von Beschichtungsparametern und/oder eine Variation der Beschichtungsgeometrie erzielt werden.The variation of the structure can, for example, by a variation of coating materials introduced into a coating system, ei ne variation of coating parameters and / or a variation of the Coating geometry can be achieved.
Bei einer zweckmäßigen praktischen Ausführungsform umfaßt die Be schichtung eine dem Korrosionsschutz dienende metallische Grund schicht, die unmittelbar auf den zylindrischen Metallkörper aufgebracht und zwischen diesem und der radial äußersten Schicht angeordnet ist.In a convenient practical embodiment, the Be layering a metallic base for corrosion protection layer that is applied directly to the cylindrical metal body and is arranged between this and the radially outermost layer.
Bei einer in der Praxis bevorzugten Ausführungsform besteht die radial äußerste Schicht des Bezuges aus wenigstens einem Oxyd insbesondere aus der Gruppe Al2O3, Cr2O3, ZrO2, TiO2, SiO2 und/oder dergleichen, we nigstens einem Carbid insbesondere aus der Gruppe WC, CrC und/oder dergleichen, wenigstens einem Nitrid wie insbesondere TiN und/oder der gleichen und/oder wenigstens einem Borid wie insbesondere TiB2 und/oder dergleichen oder einer Mischung aus zwei oder mehreren dieser Materialien.In a preferred embodiment in practice, the radially outermost layer of the cover consists of at least one oxide, in particular from the group Al 2 O 3 , Cr 2 O 3 , ZrO 2 , TiO 2 , SiO 2 and / or the like, at least one carbide in particular from the group WC, CrC and / or the like, at least one nitride such as in particular TiN and / or the same and / or at least one boride such as in particular TiB 2 and / or the like or a mixture of two or more of these materials.
Von besonderem Vorteil ist, wenn die radial äußerste Schicht des Bezuges aus einem Cermet besteht. Der keramische Bestandteil dieses Cermets umfaßt vorteilhafterweise wenigstens ein Oxyd aus der Gruppe Al2O3, Cr2O3, ZrO2, TiO2, SiO2 und/oder dergleichen.It is particularly advantageous if the radially outermost layer of the cover consists of a cermet. The ceramic component of this cermet advantageously comprises at least one oxide from the group Al 2 O 3 , Cr 2 O 3 , ZrO 2 , TiO 2 , SiO 2 and / or the like.
Die radial äußerste Schicht des Bezuges kann einen Anteil von Kunststoff wie insbesondere PTFE, Silikon und/oder dergleichen umfassen.The radially outermost layer of the cover can be made of plastic such as in particular PTFE, silicone and / or the like.
In dem Fall, daß die Beschichtung eine dem Korrosionsschutz dienende metallische Grundschicht umfaßt, kann vorteilhafterweise auch diese Grundschicht in Radialrichtung über wenigstens einen Teil ihrer Dicke einen sich hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung und/oder ih rer Struktur kontinuierlich ändernden Aufbau besitzen.In the event that the coating is used for corrosion protection metallic base layer, can advantageously also this Base layer in the radial direction over at least part of its thickness one with regard to their chemical composition and / or their structurally changing structure.
Bei einer bevorzugten praktischen Ausführungsform der erfindungsgemä ßen Preßwalze besitzt die Beschichtung in Radialrichtung über ihre ge samte Dicke einen sich hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung und/oder ihrer Struktur kontinuierlich ändernden Aufbau.In a preferred practical embodiment of the invention ß press roller has the coating in the radial direction on its ge the entire thickness of the chemical composition and / or their structure continuously changing structure.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels un ter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigen: The invention is un based on an embodiment ter explained in more detail with reference to the drawing; in this show:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer beschichteten Preßwalze und Fig. 1 is a schematic representation of a coated press roll and
Fig. 2 eine Schnittansicht des Bereichs A der in Fig. 1 gezeigten Preßwalze. Fig. 2 is a sectional view of area A of the press roll shown in Fig. 1.
Fig. 1 zeigt ein rein schematischer Darstellung eine Preßwalze 10 einer Papiermaschine, die beispielsweise in einer Pressenpartie der Papierma schine oder auch als Leimpreßwalze vorgesehen sein kann. Fig. 1 shows a purely schematic representation of a press roll 10 of a paper machine, which can be provided, for example, in a press section of the paper machine or as a size press roll.
Die Preßwalze 10 besitzt einen zylindrischen Metallkörper 12, der an sei nem Außenumfang mit einer Beschichtung 14 versehen ist, die in einem Spritzverfahren aufgebracht ist.The press roll 10 has a cylindrical metal body 12 which is provided on its outer circumference with a coating 14 which is applied in a spraying process.
Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht des Bereichs A der in Fig. 1 gezeigten Preßwalze 10. Danach umfaßt die Beschichtung im vorliegenden Fall eine radial äußerste Schicht 16 sowie eine dem Korrosionsschutz dienende metallische Grundschicht 18, die unmittelbar auf dem zylindrischen Me tallkörper 12 aufgebracht und zwischen diesem und der radial äußersten Schicht 16 angeordnet ist. FIG. 2 shows a sectional view of area A of the press roll 10 shown in FIG. 1. Thereafter, the coating in the present case comprises a radially outermost layer 16 and a metal base layer 18 serving as corrosion protection, which is applied directly to the cylindrical metal body 12 and is arranged between the latter and the radially outermost layer 16 .
Die Beschichtung 14 besitzt in Radialrichtung R über wenigstens einen die radial äußerste Schicht 16 umfassenden Teil ihrer Dicke d einen sich hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung und/oder ihrer Struktur kontinuierlich ändernden Aufbau. Zumindest die radial äußerste Schicht 16 der Beschichtung 14 ist somit als eine Art Gradientenschicht aufge baut. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel kann auch die metallische Grundschicht 18 einen solchen sich in Radialrichtung R kontinuierlich ändernden Aufbau aufweisen. Demnach besitzt die Beschichtung 14 beim vorliegenden Ausführungsbeispiel in Radialrichtung R vorzugsweise über ihre gesamte Dicke d einen sich hinsichtlich ihrer chemischen Zusam mensetzung und/oder ihrer Struktur kontinuierlich ändernden Aufbau, so daß die Beschichtung 14 insgesamt als Gradientenbeschichtung ausgebil det ist.The coating 14 has in the radial direction R over at least a part of the thickness d comprising the radially outermost layer 16 a structure which changes continuously with regard to its chemical composition and / or its structure. At least the radially outermost layer 16 of the coating 14 is thus built up as a kind of gradient layer. In the present exemplary embodiment, the metallic base layer 18 can also have such a structure which changes continuously in the radial direction R. Accordingly, the coating 14 in the present exemplary embodiment in the radial direction R preferably over its entire thickness d has a composition which changes continuously with regard to its chemical composition and / or its structure, so that the coating 14 is formed overall as a gradient coating.
Infolge der sich über ihre Dicke d kontinuierlich ändernden chemischen und/oder strukturellen Eigenschaften der Beschichtung 14 werden die inneren Spannungen auf ein Minimum herabgesetzt, wodurch die Gefahr einer Rißbildung praktisch beseitigt und eine optimale Blattabgabe er reicht wird.As a result of the chemical and / or structural properties of the coating 14 , which continuously change over their thickness d, the internal stresses are reduced to a minimum, whereby the risk of cracking is practically eliminated and an optimal sheet release is achieved.
Innerhalb der Beschichtung 14 einschließlich der äußersten Schicht 16 kann somit insbesondere hinsichtlich der thermischen Ausdehnungskoef fizienten, der Elastizitätseigenschaften und/oder der Kristallstrukturen durchgehend ein kontinuierlicher Übergang sichergestellt werden, wo durch unerwünschte innere Spannungen praktisch ausgeschlossen sind.Within the coating 14, including the outermost layer 16 , a continuous transition can thus be ensured in particular with regard to the thermal expansion coefficient, the elasticity properties and / or the crystal structures, where undesired internal stresses are practically excluded.
Die Variation der chemischen Zusammensetzung kann durch eine Variati on von in einer Beschichtungsanlage eingebrachten Beschichtungsmate rialien, eine Variation von Beschichtungsparametern und/oder einer Va riation der Beschichtungsgeometrie erzielt werden.The variation in the chemical composition can be varied on of coating material introduced into a coating system rialien, a variation of coating parameters and / or a Va riation of the coating geometry can be achieved.
Die Variation der Struktur kann durch eine Variation von in die Be schichtungsanlage eingebrachten Beschichtungsmaterialien, eine Variati on von Beschichtungsparametern und/oder eine Variation der Beschich tungsgeometrie erreicht werden.The variation of the structure can be achieved by a variation of the Be coating system introduced coating materials, a Variati on of coating parameters and / or a variation of the coating tion geometry can be achieved.
Die als Funktionsschicht dienende radial äußerste Schicht 16 des Bezuges 14 kann beispielsweise aus einem Cermet bestehen. Sie kann insbesonde re auch einen Anteil von Kunststoff wie insbesondere PTFE, Silikon und/oder dergleichen umfassen.The radially outermost layer 16 of the cover 14 serving as a functional layer can consist, for example, of a cermet. In particular, it can also comprise a portion of plastic such as, in particular, PTFE, silicone and / or the like.
Grundsätzlich kann zwischen der äußersten Schicht 16 und der Grund schicht 18 wenigstens eine weitere ein- oder mehrlagige Schicht vorgese hen sein. Diese Zwischenschicht kann einen sich hinsichtlich ihrer che mischen Zusammensetzung und/oder ihrer Struktur in Radialrichtung kontinuierlich oder auch schrittweise ändernden Aufbau besitzen. Basically, between the outermost layer 16 and the base layer 18, at least one further single or multi-layer layer can be provided. This intermediate layer can have a structure which changes continuously or also step by step with respect to its chemical composition and / or its structure in the radial direction.
1010th
Preßwalze
Press roll
1212th
zylindrischer Metallkörper
cylindrical metal body
1414
Beschichtung
Coating
1616
radial äußerste Schicht
radially outermost layer
1818th
metallische Grundschicht
A Bereich
R Radialrichtung
d Dicke
metallic base layer
A area
R radial direction
d thickness
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Legal Events
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| OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
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Owner name: VOITH PAPER PATENT GMBH, 89522 HEIDENHEIM, DE |
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