DE4328961C2 - Verfahren zur Herstellung von Papiermessern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Papier­ messern nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 und das nach diesem Verfahren hergestellte Messer für den Papierschnitt, insbesondere auch ein verzahntes Messer für den Perforationsschnitt. Der Schnitt wird in der Regel quer zur Bahnrichtung und während des Laufes der Papierbahn ausgeführt. Derartige Messer werden vor­ zugsweise in druck- und papierverarbeitenden Maschinen als sogenannte Einwegmesser eingesetzt, um die Papierbahnen in Doppelseiten zu trennen. In diesem Anwendungsfall sind die Messer in eine Walze, über welche das Papier läuft, eingesetzt, und während der Rotation drückt bei jedem Umlauf eine Leiste gegen das Messer und trennt dabei die Papierbahn ab.

Derartige Papiermesser werden in Maschinen zur Papierherstellung und -verarbeitung in verschiedensten Formen und Ausführungen entsprechend den unterschiedlichen Schneidaufgaben verwendet. Sie bestehen in der Regel aus verschleißarmen Stählen. Ihre Schneid- und Verschleißeigenschaften werden sowohl durch ihre geometrische Ausbildung, insbesondere im Schneidenbereich, die Wahl des Werkstoffes, insbesondere seine chemische Zusammensetzung, und den Wärmebehandlungszustand bestimmt. Im Interesse einer hohen Standzeit des Messers werden zum Teil Messer aus HSS-Stahl oder Messer verwendet, deren Schneide durch Hartmetall gebildet wird. Es ist auch bekannt, den Schneidenbereich des Papiermessers mit Zähnen zu versehen und/oder diesen Bereich in bekannter Weise zu härten (DE-OS 21 52 622).

Die Messer aus vergütetem Stahl haben den Nachteil, daß sie eine relativ geringe Standzeit haben und werden als Einwegmesser angeboten, um sie nach dem Verschleiß wegzuwerfen und durch neue zu ersetzen. Sie sind relativ billig.

Werden dagegen die Papiermesser aus hochwertigen Stählen herge­ stellt oder die Schneiden bzw. Zähne aus Hartmetall gebildet bzw. gehärtet, erhöht sich zwar die Standzeit, aber die Herstellungs­ kosten der Papiermesser steigen ebenfalls erheblich. Dadurch steht der Mehraufwand nicht immer im Verhältnis zur Erhöhung der Einsatzzeit des Papiermessers. Hinzu kommt, daß jeder Wechsel des Papiermessers zur Unterbrechung des papierverarbeitenden Prozes­ ses führt.

Es ist auch bekannt, den Schneidenbereich von Schneidwerkzeugen im Durchlaufverfahren mittels Hochfrequenz zu härten und danach abzuschrecken (DE 39 19 536 A1). Dieses Verfahren ist mit dem Mangel behaftet, daß bei der erforderlichen Temperatur des Härteprozesses der gehärtete Schneidenbereich verzundert und anläuft. Um das zu verhindern, erfolgt eine Schutzgasspülung, die gleichzeitig dem Abschrecken dient. Der verfahrenstechnische und apparative Aufwand ist sehr hoch und außerdem ist ein zusätzli­ ches Medium erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Papiermessern nach der eingangs genannten Art und ein nach diesem Verfahren hergestelltes Papiermesser aus Vergütungsstahl zu schaffen, welches eine wesentlich höhere Standzeit als die bekannten Stahlmesser hat und vorzugsweise für den Perforationsquerschnitt geeignet ist. Der Aufwand für die Herstellung dieser Papiermesser darf nur so hoch sein, daß ein wirtschaftlicher Vorteil durch die Standzeiterhöhung gegeben ist. Das Papiermesser soll nach wie vor ein Wegwerfprodukt sein. Das Verfahren soll auch geeignet sein, Papiermesser, welche Zähne im Schneidenbereich haben und aus Vergütungsstahl bestehen, so herzustellen, daß die zusätzlichen Kosten im angemessenen Ver­ hältnis zur Erhöhung der Standzeit stehen. Da der Bedarf an Papiermessern hoch ist, muß das Verfahren zur Massenfertigung geeignet sein.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe, die Herstellung eines Papier­ messers nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Durch das erfindungsgemäße Kurzzeit-Härteverfahren mit Selbstabschreckung durch Einwirkung von Elektronen- oder Laserstrahlen entsteht in diesem Bereich eine wesentlich höhere Härte. Im genannten Bereich liegt gemäß dem Verfahren ein feiner verteilter Martensit als im übrigen Bereich des Papiermessers vor. Der Härtebereich zeichnet sich trotz hoher Härte durch gleichzeitige hohe Zähigkeit aus.

Bei Papiermessern mit Zähnen wird der Elektronenstrahl durch Relativbewegung zwischen dem Papiermesser und dem Elektro­ nenstrahl so zur Einwirkung gebracht, daß der Elektronenstrahl von der steilen Flanke kommend auftrifft. Das ist unbedingt zweckmäßig, um in der Zahnspitze einen Wärmestau zu vermeiden, der zum Anschmelzen derselben führen würde.

Das Verfahren wird vorteilhafterweise derart ausgeführt, daß der Elektronenstrahl gepulst zur Einwirkung gebracht wird oder daß der Elektronenstrahl nach einer zeitlinearen, periodischen Ablenkfunktion mit Ablenkrichtung senkrecht zur Längsachse des Papiermessers zur Einwirkung gebracht wird.

Weiterhin ist es zweckmäßig, aus Gründen der Wirtschaftlichkeit eine Vielzahl von Papiermessern parallel nebeneinander in einem Paket so anzuordnen, daß der gescannte Elektronenstrahl die gesamte Messeranordnung überstreicht und dabei auf jedem Papier­ messer mit dem gleichen Zeitanteil einwirkt. Während der Strah­ leinwirkung wird zumindest der verschleißende Teil der Messer­ schneide bzw. des Zahnes über die Austenitisierungstemperatur hinaus erwärmt. Die Härtung erfolgt durch wärmeleitungsbedingte Selbstabschreckung.

Die erfindungsgemäß hergestellten Papiermesser weisen den wesent­ lichen Vorteil auf, daß sie eine größenordnungsmäßig höhere Standzeit besitzen. Im Gegensatz zu einem durchgehärteten Papier­ messer, welches danach spröde ist, bleibt das erfindungsgemäß gehärtete Messer elastisch, denn nur im Verschleißbereich ist das Messer hart.

An einem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher erläutert.

Die zugehörige Zeichnung zeigt in

Fig. 1 eine ausschnittsweise Ansicht eines Papiermessers für den Perforationsschnitt in einer Rollendruckmaschine, mit einem Querschnitt,

Fig. 2 einen Flachschliff durch einen gehärteten Zahn eines Papiermessers,

Fig. 3 den Härte-Tiefe-Verlauf in der Schnittebene A-A der Fig. 2.

In Fig. 1 ist ein Teil eines gezahnten Messers dargestellt, wie es für den Querschnitt in Rollendruckmaschinen eingesetzt wird. Das Papiermesser ist aus einem Vergütungsstahl hergestellt, wie es nach dem Stand der Technik bisher üblich war. Das Papiermesser ist auf 500 HV 0,05 vergütet und geometrisch fertig bearbeitet, d. h. die Zähne 1 sind geschliffen.

Nunmehr wird der verschleißbeanspruchte Teil des Papiermessers, im Beispiel der Flankenbereich der Zähne 1, durch Beaufschlagung mit dem Elektronenstrahl, der hochfrequent abgelenkt wird, gehärtet. Dabei wird das Energieübertragungsfeld entlang der Richtung 4 geführt.

Die Fig. 2 zeigt das durch die Elektronenstrahlbehandlung ent­ standene Härteprofil. Die Härtezone 2 ist durch eine schmale Übergangszone 3 vom Ausgangsgefüge getrennt. Dieses Profil wird durch die Art und Weise der Energieübertragung und die Ortsabhän­ gigkeit der Wärmeleitbedingungen erzeugt.

Die Fig. 3 zeigt den Verlauf der Härte h, die durch die Elektro­ nenstrahlbehandlung erzeugt wird, im Abstand a von der Zahn­ spitze. Die Härte in der Härtezone 2 beträgt nach der Elektro­ nenstrahlbehandlung 850 HV 0,05.

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung von Papiermessern aus einem Vergütungsstahl mit einer Festigkeit im mittleren Wertebereich, indem dessen Schneide eine wesentlich höhere Härte erhält, dadurch gekennzeichnet, daß das geometrisch fertig bearbeitete, ggf. mit Zähnen versehene Papiermesser im Schneiden- oder Zahnbe­ reich, jedoch mindestens in deren verschleißbeanspruchtem Teil, einem Kurzzeithärteverfahren mit Selbstabschreckung derart unterzogen wird, daß der Schneidenbereich oder die Zähne, minde­ stens aber der verschleißbeanspruchte Teil, mit Elektronen- oder Laserstrahlen beaufschlagt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenstrahl hochfrequent gepulst zur Einwirkung gebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenstrahl auf dem in Schneidenrichtung mit konstanter Geschwindigkeit bewegten Papiermesser nach einer zeitlinearen periodischen Ablenkfunktion mit Ablenkrichtung senkrecht zur Bewegungsrichtung des Papiermessers auf dem Schneiden- oder Zahnbereich zur Einwirkung gebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Papiermessern nebeneinander zu einem Paket angeordnet werden, und daß der Elektronenstrahl mit einer die Paketbreite übersteigenden Scanamplitude auf dem Paket zur Einwirkung gebracht wird und zwischen dem Elektronenstrahl und dem Paket von Papiermessern eine Relativbewegung ausgeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenstrahl zusätzlich zur Scanrichtung in Längsrichtung der Papiermesser derart abgelenkt wird, daß ein Zeilenraster mit entgegen der Bewegungsrichtung der Papiermesser abnehmender Zeilendichte erzeugt wird.

6. Papiermesser, insbesondere für den perforierenden Querschnitt von Papierbahnen, hergestellt nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneide, jedoch minde­ stens deren verschleißbeanspruchter Teil, mit Elektronen- oder Laserstrahl gehärtet ist und ein feiner verteilter Martensit als im übrigen Bereich des Papiermessers vorliegt.

7. Papiermesser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneide zahnförmig ausgebildet ist und diese Zähne (1) bzw. minde­ stens deren verschleißbeanspruchter Teil mit Elektronen- oder Laserstrahl gehärtet ist.

8. Papiermesser nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Papiermesser auf eine Festigkeit von ca. 500 HV 0,05 vergütet ist und der verschleißbeanspruchte Teil der Schneide bzw. Zähne auf 850 HV 0,05 gehärtet ist.