DE29924899U1

DE29924899U1 - Roller for polishing paper webs, has a hard core with a cladding of an elastic material containing metallic filling materials to prevent the development of hot spots and give a firm bonding with the core

Info

Publication number: DE29924899U1
Application number: DE29924899U
Authority: DE
Original assignee: Voith Paper Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 1999-06-02
Filing date: 1999-06-02
Publication date: 2006-07-13
Anticipated expiration: 2009-06-03

Abstract

The elastic cladding (12) of a roller with a hard metal core (10), to polish paper webs, is composed of an elastic matrix (15) with embedded filling materials (13) where at least part are of a metallic material of at least a metal, in zones. At least part of the metallic filling material can be a metal foam (13), impregnated or filled with the matrix material and/or the metal foam (13) has pores (14) at least partially filled with the matrix material. At least part of the filling material in the matrix can be a metal powder, especially in a particle size of 5-50 mu m and preferably 10-20 mu m. At least part of the metallic filling material can be metal fibers or rovings and/or of metal-coated carbon and/or glass fibers or rovings. At least part of the fibers and especially a majority of them are aligned axially and/or radially and/or in a statistical alignment distribution and/or in a fiber layer or radially successive fiber layers. At least part of the metallic filling material can be elastic and/or additional filling materials can be incorporated into the elastic matrix material especially as fibers such as of carbon and/or glass and preferably of quartz and/or a polymer. The metallic filling material (13) extends as far as the surface of the elastic matrix material (15), and especially penetrates through the matrix surface and/or the matrix surface is coated with a metal cladding. The thermal conductivity of the metallic filling material (13) is significantly higher than that of the matrix material (15) and/or part of the metallic filling (13) extends radially inwards to the surface of the roller core (10) and/or the filling material (13) has a thermal coefficient of expansion which is lower than the matrix material (15) and especially equals the thermal coefficient of expansion of the metal roller core (10). The roller cladding (12) has a radially outer functional layer and a radially inner bonding layer to hold it at the roller core (10). The metallic filling material (13) is placed at least in the functional layer. The matrix material (16) is a heat-setting polymer or a thermoplastic and/or of a combined resin/hardener material. An independent claim is included for the production of a cladded roller where the elastic matrix material for the cladding contains added metallic filling materials.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Walze, insbesondere zum Glätten von Papierbahnen, mit einem insbesondere aus Metall bestehenden harten Walzenkern, der an seiner Außenseite mit einer elastischen Bezugsschicht versehen ist, die aus einem elastischen Matrixmaterial und in das Matrixmaterial eingebetteten Füllstoffen besteht.The The present invention relates to a roller, in particular for smoothing Paper webs, comprising a hard roll core, in particular made of metal, the one on its outside is provided with an elastic cover layer, which consists of an elastic Matrix material and fillers embedded in the matrix material consists.

Elastische Walzen dieser Art werden beispielsweise bei der Satinage von Papierbahnen verwendet. Dabei bildet jeweils eine elastische Walze zusammen mit einer harten Walze einen Preßspalt, durch den die zu bearbeitende Papierbahn hindurchgeführt wird. Während die harte Walze eine beispielsweise aus Stahl oder Hartguß bestehende sehr glatte Oberfläche besitzt und für die Glättung der ihr zugewandten Seite der Papierbahn zuständig ist, bewirkt die auf die gegenüberliegende Seite der Papierbahn einwirkende elastische Walze eine Vergleichmäßigung und Verdichtung der Papierbahn im Preßnip. Die Größenordnung der Walzen liegt bei Längen von 3 bis 12 m bzw. Durchmessern von 450 bis 1500 mm. Sie halten Linienkräften bis zu 600 N/mm und Druckspannungen bis 130 N/mm² stand.Elastic rolls of this type are used, for example, in the calendering of paper webs. In each case, an elastic roller together with a hard roller forms a press nip through which the paper web to be processed is passed. While the hard roller has an existing example of steel or chilled casting very smooth surface and is responsible for the smoothing of their facing side of the paper web, acting on the opposite side of the paper web elastic roller causes a homogenization and densification of the paper web in Preßnip. The order of magnitude of the rolls is in lengths of 3 to 12 m or diameters of 450 to 1500 mm. They withstand line forces up to 600 N / mm and compressive stresses up to 130 N / mm ² .

Da die Tendenz bei der Papierherstellung dahin geht, daß die Satinage im Online-Betrieb erfolgt, d.h. daß die die Papiermaschine oder Streichmaschine verlassende Papierbahn unmittelbar durch die Papierglättvorrichtung (Kalander) geführt wird, werden an die Walzen der Glättvorrichtung insbesondere bezüglich der Temperaturbeständigkeit höhere Anforderungen als bisher gestellt. Durch die im Online-Betrieb erforderlichen hohen Transportgeschwindigkeiten der Papierbahn und die damit verbundenen hohen Rotationsgeschwindigkeiten der Kalanderwal zen wird deren Nipfrequenz, das ist die Frequenz, mit der der Bezug komprimiert und wieder entlastet wird, erhöht, was wiederum zu erhöhten Walzentemperaturen führt. Diese im Online-Betrieb entstehenden hohen Temperaturen führen zu Problemen, die bei bekannten elastischen Walzen bis zur Zerstörung des Kunststoffbelages führen können. Zum einen sind bei bekannten Kunststoffbelägen maximale Temperaturdifferenzen von ca. 20°C über die Breite der Walze zulässig und zum anderen besitzen die für die Beschichtung üblicherweise verwendeten Kunststoffe einen wesentlich höheren Temperaturausdehnungskoeftizienten als die üblicherweise verwendeten Stahlwalzen bzw. Hartgußwalzen, so daß durch eine Temperaturerhöhung hohe axiale Spannungen zwischen der Stahlwalze bzw. Hartgußwalze und der mit ihr verbundenen Kunststoffbeschichtung auftreten.There the trend in papermaking is that the calendering in online mode takes place, i. that the the paper machine or coater leaving paper web immediately through the paper straightener (Calender) led will be, in particular, to the rollers of the smoother in terms of the temperature resistance higher Requirements as before. By the required in online operation high transport speeds of the paper web and the associated high rotational speeds of Kalanderwal zen is the nip frequency, that is the frequency with which the reference compresses and relieves it will be raised, which in turn increased Roller temperatures leads. These high temperatures that arise in online operation lead to higher temperatures Problems with known elastic rollers to the destruction of the plastic coating to lead can. First, with known plastic coverings maximum temperature differences from about 20 ° C over the Width of the roller allowed and on the other hand they own for the coating usually used plastics a much higher temperature expansion coefficient as the usual used steel rollers or chill rolls, so that a temperature increase high axial stresses between the steel roller or chill roller and the associated with it plastic coating occur.

Durch diese hohen Spannungen verbunden mit insbesondere punktuell auftretenden Erhitzungsstellen innerhalb der Kunststoffbeschichtung können sogenannte Hot-Spots auftreten, an denen ein Ablösen oder sogar ein Aufplatzen der Kunststoffschicht erfolgt.By These high voltages associated with particular punctually occurring Heating points within the plastic coating may be so-called Hot spots occur where peeling or even bursting the plastic layer takes place.

Diese Hot-Spots treten insbesondere dann auf, wenn zusätzlich zu den mechanischen Spannungen und der relativ hohen Temperatur Kristallisierungspunkte in Form von beispielsweise fehlerhaften Klebungen, Ablagerungen oder überdurchschnittliche Einbuchtungen des elastischen Belages, beispielsweise durch Falten oder Fremdkörper an der Papierbahn, vorhanden sind. In diesen Fällen kann die Temperatur an diesen Kristallisierungspunkten von üblichen 80°C bis 90°C bis auf über 150°C steigen, wodurch die erwähnte Zerstörung der Kunststoffschicht erfolgt.These Hot spots occur especially when in addition to the mechanical Stresses and the relatively high temperature crystallization points in the form of, for example, faulty bonds, deposits or above average Indentations of the elastic covering, for example by folding or foreign bodies at the paper web, are present. In these cases, the temperature may be on These crystallization points of usual 80 ° C to 90 ° C rise above 150 ° C, whereby the mentioned destruction of the Plastic layer takes place.

Zur Steuerung der Eigenschaften der elastischen Bezugsschicht, werden Füllstoffe und/oder Fasern in das Matrixmaterial eingebracht. Je nach Menge und physikalischer Eigenschaft dieser Füllstoffe bzw. der Fasern, werden die physikalischen Eigenschaften der elastischen Bezugsschicht von den Füllstoffen bzw. den Fasern dominiert bzw. beeinflußt.to Control of the properties of the elastic cover layer, be fillers and / or fibers introduced into the matrix material. Depending on the quantity and physical property of these fillers or fibers the physical properties of the elastic cover layer of the fillers or the fibers dominated or influenced.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine entsprechende Walze anzugeben, bei der die Gefahr des Auftretens von Hot-Spots verringert wird.It An object of the present invention is a corresponding roller which reduces the risk of hot spots occurring.

Der die Walze betreffende Teil der Aufgabe wird erfindungsgemäß ausgehend von einer Walze der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß zumindest ein Teil der Füllstoffe als metallische Füllstoffe ausgebildet ist, die zumindest bereichsweise aus Metall bestehen.Of the The part of the task relating to the roller is based on the invention of a roller of the type mentioned solved in that at least a part of the fillers as metallic fillers is formed, which consist at least partially of metal.

Durch die in das Matrixmaterial eingebrachten metallischen Füllstoffe wird die Wärmeleitfähigkeit der elastischen Bezugsschicht verbessert und die Dissipation im Vergleich beispielsweise zu Aramid- oder Glasfasern als Füllstoffe verringert. Aufgrund der erhöhten Wärmeleitfähigkeit kann die an kritischen Stellen auftretende Überhitzungswärme schneller abgeführt werden, so daß ein Überschreiten der kritischen Temperatur und dadurch ein Auftreten von Hot-Spots verhindert wird. Dabei ist durch die hohe Wärmeleitfähigkeit eines metallischen Füllstoffes eine besonders schnelle Abführung überschüssiger Wärme beispielsweise in Richtung des Walzenkerns möglich.By the metallic fillers introduced into the matrix material becomes the thermal conductivity the elastic covering layer improves and the dissipation in the Comparison for example to aramid or glass fibers as fillers reduced. Due to the increased thermal conductivity the overheating heat that occurs in critical areas can be faster dissipated be so that an overshoot the critical temperature and thus an occurrence of hot spots is prevented. It is due to the high thermal conductivity of a metallic filler a particularly rapid removal of excess heat, for example in the direction of the roll core possible.

Während das elastische Matrixmaterial, das üblicherweise aus Harz besteht, eine sehr schlechte Wärmeleitfähigkeit besitzt und somit punktuell auftretende Überhitzungsstellen praktisch eingekapselt sind, besitzen die metallischen Füllstoffe eine gegenüber dem Matrixmaterial extrem erhöhte Wärmeleitfähigkeit, so daß die schlechte Wärmeleitfähigkeit des Matrixmaterials durch die metallischen Füllstoffe praktisch vollständig kompensiert wird.While that elastic matrix material, usually made of resin, has a very poor thermal conductivity and thus selectively occurring overheating points are practically encapsulated, have the metallic fillers one opposite the matrix material extremely increased thermal conductivity, So that the poor thermal conductivity of the Matrix material virtually completely compensated by the metallic fillers becomes.

Da darüber hinaus der Wärmeausdehnungskoeffizient der metallischen Füllstoffe kleiner als der Wärmeausdehnungskoeffizient des Matrixmaterials ist, wird er reicht, daß der Gesamtwärmeausdehnungskoeffizient der Bezugsschicht ebenfalls kleiner ist als der des Matrixmaterials. Insbesondere kann durch Wahl eines geeigneten Metalles für die Füllstoffe der Gesamtwärmeausdehnungskoeffizient der Bezugsschicht an den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Walzenkerns angepaßt werden. Auf diese Weise werden die bei einer Erhitzung der Walze auftretenden Längsspannungen zwischen der Bezugsschicht und dem Walzenkerns verringert und können im optimalen Fall völlig kompensiert werden. Durch diese Verringerung bzw. Verhinderung der Längsspannungen wird gleichzeitig die Gefahr des Auftretens von Hot-Spots bzw. des Ablösens der Bezugsschicht weiter verringert.There about that addition, the coefficient of thermal expansion the metallic fillers smaller than the thermal expansion coefficient of the matrix material, it will suffice that the total thermal expansion coefficient the reference layer is also smaller than that of the matrix material. In particular, by choosing a suitable metal for the fillers the total thermal expansion coefficient the reference layer to the thermal expansion coefficient adapted to the roll core become. In this way, when a heating of the roller occurring longitudinal stresses reduced between the reference layer and the roll core and can in optimal case completely be compensated. By this reduction or prevention of longitudinal stresses At the same time the risk of the occurrence of hot spots or the detachment the reference layer further reduced.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist zumindest ein Teil der metallischen Füllstoffe als Metallschaum ausgebildet. Dabei ist der Metallschaum mit dem elastischen Matrixmaterial getränkt bzw. gefüllt.To an advantageous embodiment of the Invention is at least part of the metallic fillers designed as a metal foam. Here is the metal foam with the impregnated elastic matrix material or filled.

Durch die Verwendung eines Metallschaums als metallischer Füllstoff ist eine besonderes gleichmäßige Verteilung der durch das metallische Material vorgegebenen Eigenschaften der elastischen Bezugsschicht gegeben. Durch das Ausfüllen der in dem Metallschaum vorhandenen Poren mit elastischem Matrixmaterial wird eine besondere gleichmäßige Vermischung von Matrixmaterial und Metallschaum erreicht, so daß die elastische Bezugsschicht sehr homogene physikalische Eigenschaften besitzt.By the use of a metal foam as a metallic filler is a special even distribution the given by the metallic material properties of the given elastic cover layer. By completing the pores in the metal foam with elastic matrix material becomes a special even mixture achieved by matrix material and metal foam, so that the elastic Cover layer has very homogeneous physical properties.

Metallschaum und Matrixmaterial können dabei bereits vor Aufbringen auf den Walzenkern miteinander vermischt werden. Es ist jedoch auch möglich, zunächst den Metallschaum auf den Walzenkern aufzubringen, beispielsweise aufzusprühen und in einem nachfolgenden Verfahrensschritt das elastische Matrixmaterial in den Metallschaum einzubringen.metal foam and matrix material can do this already mixed together before application to the roll core become. However, it is also possible first Apply the metal foam on the roll core, for example spray and in a subsequent process step, the elastic matrix material to introduce into the metal foam.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zumindest ein Teil der metallischen Füllstoffe als Metallpulver, insbesondere als Nickelpulver oder als Ketten von Nickelpulver ausgebildet. Dabei kann das Metallpulver kleinkörnig ausgebildet sein, insbesondere Korngrößen von zwischen ca. 5 bis 50 μm, bevorzugt von zwischen ca. 10 bis 20 μm besitzen.To a further preferred embodiment The invention is at least a part of the metallic fillers as metal powder, in particular as nickel powder or as chains formed of nickel powder. In this case, the metal powder can be formed small grains be, in particular grain sizes of between about 5 to 50 μm, preferably of between about 10 to 20 microns own.

Sowohl bei einer Ausbildung als Metallschaum als auch als Metallpulver ist eine sehr gleichmäßige Verteilung der metallischen Füllstoffe über das gesamte Volumen des Matrixmaterials und damit der elastischen Bezugsschicht möglich. Insbesondere eine gleichmäßige Verteilung in radialer Richtung gewährleistet, daß die innerhalb der elastischen Bezugsschicht an einem Hot-Spot auftretende Hitze in Richtung des Walzenkerns und anschließend über diesen beispielsweise in axialer Richtung abgeführt werden kann. Dabei ist es vorteilhaft, wenn sich die metallischen Füllstoffe in radialer Richtung ohne wesentliche Unterbrechung bis zur Oberfläche des Walzenkerns hin erstrecken.Either in training as a metal foam as well as metal powder is a very even distribution the metallic fillers over the entire volume of the matrix material and thus the elastic cover layer possible. In particular, a uniform distribution ensured in the radial direction, that the occurring within the elastic covering layer at a hot spot Heat in the direction of the roller core and then on this example in be discharged axial direction can. It is advantageous if the metallic fillers in the radial direction without substantial interruption to the surface of the Roll core extend.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist zumindest ein Teil der metallischen Füllstoffe als Metallfasern oder als Metallrovings ausgebildet. Die metallischen Füllstoffe können auch zumindest teilweise als metallbeschichtete Fasern und metallbeschichtete Rovings ausgebildet sein. In diesem Fall bestehen die Fasern oder Rovings vorteilhaft aus Kohlenstoff und/oder Glas.To a further advantageous embodiment of the invention at least a portion of the metallic fillers as metal fibers or designed as metal rovings. The metallic fillers can also at least partially as metal coated fibers and metal coated Rovings be trained. In this case, the fibers or rovings exist advantageous from carbon and / or glass.

Auch bei einer Ausbildung der metallischen Füllstoffe als Metallfasern oder -rovings bzw. metallbeschichtete Fasern oder metallbeschichtete Rovings werden der elastischen Bezugsschicht die physikalischen Eigenschaften des verwendeten Metall aufgeprägt. So besitzt die elastische Bezugsschicht auch in diesen Fällen eine gegenüber einer Reinharzschicht deutlich erhöhte Wärmeleitfähigkeit sowie einen verringerten Wärmeausdehnungskoeffizienten.Also in an embodiment of the metallic fillers as metal fibers or -rovings or metal-coated fibers or metal-coated Rovings become the elastic cover layer the physical Properties of the metal used imprinted. So has the elastic Cover layer also in these cases one opposite a pure resin layer significantly increased thermal conductivity and a reduced Thermal expansion coefficient.

Durch eine faserige Ausbildung der Füllstoffe wird erreicht, daß jeweils entlang der Faser abhängig von deren Länge ein ununterbrochener Wärmeleitungspfad erzeugt wird. Je nach Ausrichtung der Fasern kann dabei die bevorzugte Richtung der Wärmeleitung in radialer oder in axialer Richtung oder, bei statistisch verteilter Faserausrichtung, eine gleichmäßige Verteilung der Wärme in allen Richtungen erreicht werden.By a fibrous formation of the fillers is achieved that respectively along the fiber depending on their length an uninterrupted heat conduction path is produced. Depending on the orientation of the fibers, the preferred Direction of heat conduction in the radial or in the axial direction or, in a statistically distributed Fiber orientation, uniform distribution the heat be reached in all directions.

Während bei der Verwendung von Metallpulver oder Fasern die Elastizität des Matrixmaterials für die Gesamtelastizität der Bezugsschicht weiterhin eine wesentliche Rolle spielt, ist bei der Verwendung eines Metallschaums die Elastizität der Bezugsschicht stärker von dem Metallschaum bestimmt. Es ist daher vorteilhaft einen elastischen Metallschaum zu verwenden, damit die Bezugsschicht insgesamt weiterhin die erforderliche Elastizität besitzt.While at the use of metal powder or fibers the elasticity of the matrix material for the overall elasticity the cover layer continues to play an essential role is at the use of a metal foam, the elasticity of the cover layer of determined by the metal foam. It is therefore advantageous an elastic Use metal foam to allow the cover layer to continue overall the required elasticity has.

Zusätzlich zu den metallischen Füllstoffen können in dem Matrixmaterial weitere Füllstoffe, insbesondere in Form von Fasern, beispielsweise Kohlestoff- und/oder Glasfasern, vorgesehen sein. Diese weiteren Fasern sowie die metallischen bzw. metallbeschichteten Fasern oder Rovings können vorteilhaft in einer Faserlage oder in radial aufeinanderfolgenden Faserlagen angeordnet sein. Insbesondere bei Anordnung von mehreren Faserlagen können die Eigenschaften der Bezugsschicht, beispielsweise deren Elastizität, durch die Anzahl der Faserlagen und den Abstand zwischen den einzelnen Faserlagen bestimmt werden. Es ist auch möglich, die Abstände zwischen den Faserlagen in radialer Richtung zu variieren, insbesondere in radialer Richtung nach außen zu erhöhen, um somit beispielsweise an der Oberfläche eine höhere Elastizität und im Bereich der Oberfläche des Walzenkerns eine an diesen angepaßte Wärmeleitfähigkeit und Wärmeausdehnungskoeffizienten der Bezugsschicht zu erreichen.In addition to the metallic fillers, further fillers, in particular in the form of fibers, for example carbon fibers and / or glass fibers, may be provided in the matrix material. These further fibers and the metallic or metal-coated fibers or rovings can advantageously be arranged in a fiber layer or in radially successive fiber layers. In particular, in the arrangement of multiple fiber layers, the properties of the reference layer, for example, the elasticity, by the number of Faserla gene and the distance between the individual fiber layers are determined. It is also possible to vary the distances between the fiber layers in the radial direction, in particular to increase in the radial direction to the outside, thus, for example, on the surface a higher elasticity and in the region of the surface of the roller core adapted to this heat conductivity and thermal expansion coefficient of the reference layer to reach.

Die metallbeschichteten Fasern bzw. Rovings können dadurch erzeugt werden, daß sie vor dem Aufwickeln auf den Walzenkern mit Metall beschichtet werden, insbesondere durch ein Metallbad gezogen werden. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, daß die Fasern oder die Rovings im wesentlichen trocken auf den Walzenkern aufgewickelt werden und während oder nach dem Aufwickeln mit dem Metall beschichtet und/oder mit Matrixmaterial beaufschlagt werden.The metal-coated fibers or rovings can thereby be produced that she before being wound onto the roll core with metal, in particular be pulled through a metal bath. In principle, however, it is also possible that the fibers or the rovings wound substantially dry on the roll core be and while or coated after winding with the metal and / or with Matrix material are applied.

Zur Erzeugung einer glatten Oberfläche der Walze wird die Bezugsschicht nach dem Aufbringen und Trocknen vorteilhaft geschliffen. Dabei können die innerhalb der Bezugsschicht angeordneten metallischen Füllstoffe, wenn sie sich bis nahe an die Oberfläche der Bezugsschicht erstrecken, durch das Schleifen freigelegt werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Oberfläche des Matrixmaterials zusätzlich zum Erzeugen einer extrem glatten Oberfläche mit Metall beschichtet ist, da die an der Oberfläche des elastischen Matrixmaterials austretenden metallischen Füllstoffe sehr gute Verankerungspunkte für die außenliegende Metallbeschichtung bilden.to Create a smooth surface the roll becomes the cover layer after application and drying advantageously ground. The can metallic fillers disposed within the cover layer, if they extend to near the surface of the cover layer, be exposed by the grinding. This is especially true advantageous if the surface of the matrix material in addition coated with metal to produce an extremely smooth surface is because of the surface of the elastic matrix material exiting metallic fillers very good anchoring points for the outside one Form metal coating.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Bezugsschicht eine radial außenliegende Funktionsschicht und eine radial innenliegende Verbindungsschicht zum Verbinden der Funktionsschicht mit dem Walzenkern. Die metallischen Füllstoffe können zumindest in der Funktionsschicht, zumindest in der Verbindungsschicht oder in beiden Schichten angeordnet sein. Je nach Ausbildung der metallischen Füllstoffe sowie nach dem jeweiligen Mengenanteil innerhalb der Schichten werden die physikalischen Eigenschaften der Schichten durch die metallischen Füllstoffe mehr oder weniger bestimmt.To a further preferred embodiment of the invention the cover layer has a radially outer functional layer and a radially inner connection layer for connecting the Functional layer with the roller core. The metallic fillers can at least in the functional layer, at least in the connecting layer or be arranged in both layers. Depending on the training of metallic fillers and according to the respective proportion within the layers the physical properties of the layers through the metallic fillers more or less determined.

Die Verwendung von Nickel für die metallischen Füllstoffe ist vorteilhaft, da Nickel eine sehr gute Verbindung mit dem üblicherweise als Matrixmaterial verwendeten Harz eingeht.The Use of nickel for the metallic fillers is advantageous because nickel is a very good compound with the usual resin used as the matrix material.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Further advantageous embodiments The invention are specified in the subclaims.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben; in diesen zeigen:The Invention will now be described with reference to exemplary embodiments with reference closer to the drawings described; in these show:

1 einen Teillängsschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Walze mit elastischer Bezugsschicht, 1 a partial longitudinal section through an inventively formed roller with elastic cover layer,

2 bis 4 weitere Ausführungsformen erfindungsgemäßer Walzen mit elastischer Bezugsschicht, 2 to 4 further embodiments of rollers according to the invention with elastic cover layer,

5 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Vorrichtung zum Separieren von Fasern in Rovings und 5 a schematic cross-sectional view of an apparatus for separating fibers in rovings and

6 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Walze während ihrer Herstellung. 6 a schematic representation of a roll according to the invention during its production.

1 zeigt einen Teil eines in Längsrichtung geschnittenen, beispielsweise aus Stahl oder Hartguß bestehenden Walzenkerns 10, der an seiner Außenseite mit einer ebenfalls geschnitten dargestellten elastischen Bezugsschicht 12 versehen ist. 1 shows a part of a longitudinally cut, for example made of steel or chilled roller core 10 , on its outside with a likewise shown cut elastic covering layer 12 is provided.

Die Bezugsschicht 12 besteht aus einem elastischen Metallschaum 13, der eine Vielzahl von Poren 14 aufweist. Die Poren 14 sind mit einem elastischen Matrixmaterial 15 gefüllt, das beispielsweise aus einer Harz-Härter-Kombination besteht. Durch die Kombination des elastischen Metallschaums 13 mit dem elastischen Matrixmaterial 15 erhält die Bezugsschicht 12 ihre erforderlich Gesamtelastizität.The reference layer 12 consists of an elastic metal foam 13 that has a variety of pores 14 having. The pores 14 are with an elastic matrix material 15 filled, which consists for example of a resin-hardener combination. By the combination of elastic metal foam 13 with the elastic matrix material 15 gets the reference layer 12 their required total elasticity.

Da der Metallschaum 13 eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit besitzt, kann die im Betrieb aufgrund von Walkarbeit auftretende Wärme und insbesondere an Überhitzungsstellen innerhalb der Bezugsschicht 12 auftretenden Kristallisierungspunk ten sehr schnell in Richtung des Walzenkerns 10 und anschließend über diesen entweder in radialer oder in axialer Richtung abgeführt werden. Hierbei ist bei Verwendung des Metallschaums 13 vorteilhaft, daß praktisch über die gesamte radiale und axiale Ausdehnung der Bezugsschicht 12 zwischen den Poren 14 metallische Verbindungswege existieren, so daß eine schnelle und ungehinderte Ableitung der unerwünschten Hitze gewährleistet ist.Because the metal foam 13 has a very good thermal conductivity, which can occur during operation due to flexing heat and in particular at overheating points within the cover layer 12 occurring crystallization punk th very quickly in the direction of the roll core 10 and then be discharged via this either in the radial or in the axial direction. This is when using the metal foam 13 advantageous in that practically over the entire radial and axial extent of the reference layer 12 between the pores 14 Metallic communication paths exist, so that a rapid and unhindered dissipation of the unwanted heat is ensured.

Weiterhin wird der Wärmeausdehnungskoeffizient der Bezugsschicht 12 überwiegend von dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Metallschaums 13 bestimmt, der bei geeigneter Metallwahl in etwa dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Walzenkerns 10 entspricht. Auf diese Weise werden Längsspannungen an der Verbindungsstelle zwischen dem Walzenkern 10 und der Bezugsschicht 12, die aufgrund der im Betrieb auftretenden Hitze entstehen können, vermieden.Furthermore, the thermal expansion coefficient of the reference layer becomes 12 predominantly on the thermal expansion coefficient of the metal foam 13 determines, with a suitable choice of metal in about the coefficient of thermal expansion of the roll core 10 equivalent. In this way, longitudinal stresses at the junction between the roll core 10 and the reference layer 12 , which may arise due to the heat occurring during operation, avoided.

Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Bezugsschicht 12 von einem elastischen Matrixmaterial 16 gebildet, in das metallische Füllstoffe 17 in Form von Metallpulver, beispielsweise Nickelpulver, eingebracht sind. Die die metallischen Füllstoffe 17 bildenden Pulverteilchen können dabei, wie in der linken Hälfte der 2 schematisch dargestellt, im wesentlichen gleichmäßig über die Bezugsschicht 12 verteilt sein oder, wie in der rechten, durch eine gestrichelte Linie 18 abgetrennten Hälfte der 2 dargestellt, so innerhalb der Bezugsschicht 12 verteilt sein, daß die Konzentration der metallischen Füllstoffe 17 radial nach außen abnimmt.At the in 2 illustrated embodiment example becomes the reference layer 12 from an elastic matrix material 16 formed in the metallic fillers 17 in the form of metal powder, such as nickel powder, are introduced. The metallic fillers 17 forming powder particles can, as in the left half of 2 shown schematically, substantially uniformly over the reference layer 12 be distributed or, as in the right, by a dashed line 18 separated half of 2 represented, so within the reference layer 12 be distributed that the concentration of metallic fillers 17 decreases radially outwards.

Durch eine solche Verteilung der metallischen Füllstoffe 17 besitzt die Bezugsschicht 12 in ihrem radial innengelegenen Bereich einen Gesamtwärmeausdehnungskoeffizienten, der von den metallischen Füllstoffen 17 dominiert ist, während im radial außen gelegenen Bereich der Wärmeausdehnungskoeffizient der Bezugsschicht 12 überwiegend von dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des elastischen Matrixmaterials 16 bestimmt wird. Auf diese Weise besitzt die Bezugs schicht 12 in ihrem radial außen gelegenen Bereich ein höhere Elastizität und gleichzeitig werden die im Verbindungsbereich zwischen der Bezugsschicht 12 und dem Walzenkern 10 aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten auftretenden Längsspannungen verringert.By such a distribution of metallic fillers 17 owns the reference layer 12 in their radially inner region a total coefficient of thermal expansion of the metallic fillers 17 is dominated, while in the radially outer region of the coefficient of thermal expansion of the reference layer 12 predominantly on the thermal expansion coefficient of the elastic matrix material 16 is determined. In this way, the reference has layer 12 in their radially outward region a higher elasticity and at the same time in the connection region between the reference layer 12 and the roll core 10 reduced due to the different thermal expansion coefficients occurring longitudinal stresses.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 bestehen die metallischen Füllstoffe aus Fasern 19, wobei diese Fasern aus Metall ausgebildet und/oder lediglich mit Metall beschichtet sein können.In the embodiment according to 3 The metallic fillers consist of fibers 19 These fibers may be formed of metal and / or coated only with metal.

Während in der linke Hälfte der 3 die Fasern 19 wiederum gleichmäßig innerhalb der Bezugsschicht 12 verteilt angeordnet sind, ist in der durch die gestrichelte Linie 18 getrennten rechten Hälfte eine Verteilung der Fasern 19 dargestellt, die ähnlich der Verteilung der Pulverteilchen 17 in 2 radial nach außen abnimmt. Dadurch werden die bereits zu der 2 beschriebenen Vorteile erzielt.While in the left half of the 3 the fibers 19 again evenly within the reference layer 12 are arranged distributed in the by the dashed line 18 separated right half a distribution of fibers 19 shown similar to the distribution of powder particles 17 in 2 decreases radially outwards. This will already be to the 2 achieved advantages.

Die Ausbildung der metallischen Füllstoffe als Fasern 19 hat den Vorteil, daß je nach Länge der Fasern 19 jeweils die im Inneren der Bezugsschicht 12 entstehende Hitze ohne Unterbrechung durch das elastische Matrixmaterial 16 schnell abgeführt werden kann. Zusätzlich kann durch die Fasern 19 eine höhere Steifigkeit der Bezugsschicht 12 erzielt werden.The formation of the metallic fillers as fibers 19 has the advantage that, depending on the length of the fibers 19 each inside the cover layer 12 heat generated without interruption by the elastic matrix material 16 can be dissipated quickly. In addition, through the fibers 19 a higher stiffness of the cover layer 12 be achieved.

An der Oberfläche 20 der Bezugsschicht 12 ist bei dem Beispiel gemäß 3 eine Metallschicht 21 vorgesehen, durch die eine sehr glatte Oberfläche der Walze erzielt werden kann. Die Metallschicht kann dabei eine Dicke von beispielsweise 10 μm besitzen, so daß aufgrund dieser geringen Dicke die Elastizität der Walzenbeschichtung erhalten bleibt.On the surface 20 the reference layer 12 is in the example according to 3 a metal layer 21 provided by which a very smooth surface of the roller can be achieved. The metal layer may have a thickness of for example 10 microns, so that due to this small thickness, the elasticity of the roll coating is maintained.

Ein Teil der Fasern 19, die in der 3 mit 19' bezeichnet sind, erstrecken sich bis zur Oberfläche 20 der Bezugsschicht 12 und treten somit in Kontakt mit der Metallschicht 21. Dadurch wird eine besonders sichere Verbindung der Metallschicht 21 mit der Bezugsschicht 12 erzielt.Part of the fibers 19 in the 3 With 19 ' are designated, extend to the surface 20 the reference layer 12 and thus come in contact with the metal layer 21 , As a result, a particularly secure connection of the metal layer 21 with the reference layer 12 achieved.

In ähnlicher Weise können auch die Ausführungsformen gemäß den 1, 2 und 4 mit einer Metallschicht 21 versehen sein.Similarly, the embodiments according to the 1 . 2 and 4 with a metal layer 21 be provided.

Bei der in 4 dargestellten Ausführungsform sind in dem elastischen Matrixmaterial 16 der Bezugsschicht 12 Faserlagen 22 eingebettet, die im wesentlichen konzentrisch zu dem Walzenkern 10 verlaufen. Diese Faserlagen 22 entstehen beispielsweise dann, wenn die Bezugsschicht 12 in der in 6 dargestellten Weise durch Wickeln von Faserrovings 4 erzeugt wird.At the in 4 illustrated embodiment are in the elastic matrix material 16 the reference layer 12 fiber layers 22 embedded, which is substantially concentric with the roll core 10 run. These fiber layers 22 arise, for example, when the reference layer 12 in the in 6 way illustrated by winding fiber rovings 4 is produced.

5 zeigt eine Vielzahl von im Querschnitt dargestellten Fasern 1, die als metallische Fasern oder als Metall beschichtete Fasern ausgebildet sein können und durch eine kamm- oder rechenartige Sammeleinheit 3 jeweils zu einschichtigen Faserbündeln, den Faserrovings 4 zusammengefaßt werden. 5 shows a plurality of fibers shown in cross-section 1 , which may be formed as metallic fibers or as metal-coated fibers and by a comb or computation-like collecting unit 3 each to single-layer fiber bundles, the fiber rovings 4 be summarized.

Jeweils ein Faserroving 4 ist von dem nächstliegenden Roving 4 durch einen Zahn 6 der Sammeleinheit getrennt, so daß eine gleichmäßige Verteilung der Fasern 1 innerhalb des durch die Faserrovings 4 gebildeten Rovingbandes 7 gewährleistet wird.Each a fiber roving 4 is from the nearest roving 4 through a tooth 6 the collection unit separated, so that a uniform distribution of the fibers 1 within the fiber roving 4 formed Rovingbandes 7 is guaranteed.

Während in 5 die Rovings 4 ideal als einschichtige Lagen dargestellt sind, besteht ein Roving in der Praxis aus einer Vielzahl von Faserlagen, von denen jede Einzelfaser einen Durchmesser von ca. 8 bis 12 μm und ein Roving eine Dicke von ca. 0,1 bis 0,3 mm besitzt. Wesentlich ist lediglich, daß die Breite eines Rovings 4 im Verhältnis zu seiner Dicke deutlich größer ist, so daß er annähernd einen einschichtigen Aufbau besitzt.While in 5 the rovings 4 Ideally, as a single-layer sheet, roving in practice consists of a plurality of fiber layers, each of which has a diameter of about 8 to 12 μm and a roving has a thickness of about 0.1 to 0.3 mm. It is only essential that the width of a roving 4 is significantly larger in relation to its thickness, so that it has approximately a single-layered structure.

In 6 ist dargestellt, wie die Fasern 1 sowie weitere Fasern 2 über die Sammeleinheit 3 geführt und zu dem Rovingband 7 zusammengefaßt werden, woraufhin sie durch eine schematisch dargestellte Beschichtungsvorrichtung 8 geführt werden. Eine solche Beschichtungsvorrichtung 8 ist dann erforderlich, wenn die Fasern 1, 2 nicht selbst aus Metall bestehen, sondern nur die Basis für mit Metall zu beschichtende Fasern bilden. Beispielsweise können die Fasern 1, 2 aus Kohlenstoff, Glas, Aramid oder sonstigen geeigneten Materialen bestehen. In der Beschichtungsvorrichtung 8 werden die einzelnen Rovings 4 mit flüssigem Metall 9 beschichtet, so daß die Rovings 4 vollständig mit Metall ummantelt sind. In ähnlicher Weise kann das Rovingband 7 anschließend durch ein nicht dargestelltes Matrixbad gezogen werden, so daß die metallbeschichteten Fasern letztlich vollständig in das Matrixmaterial eingebettet sind.In 6 is shown as the fibers 1 as well as other fibers 2 via the collection unit 3 led and to the roving band 7 summarized, whereupon they by a schematically illustrated coating device 8th be guided. Such a coating device 8th is required when the fibers 1 . 2 do not themselves consist of metal, but only form the basis for metal to be coated fibers. For example, the fibers 1 . 2 made of carbon, glass, aramid or other suitable materials. In the coating device 8th become the individual rovings 4 with liquid metal 9 coated so that the rovings 4 completely encased in metal. Similarly, the roving band 7 then gezo by an unillustrated matrix bath gene, so that the metal-coated fibers are ultimately completely embedded in the matrix material.

Das beschichtete und vollständig mit dem Matrixmaterial umgebene Rovingband 7 wird anschließend auf den Walzenkern 10 Stoß an Stoß aufgewickelt, so daß nach einem Wickeldurchgang über die gesamte Länge des Walzenkerns 10 dieser vollständig mit einer Rovinglagen beschichtet ist. Dieser Wickelvorgang kann mehrere Male wiederholt werden, bis eine Bezugsschicht 12 mit einer Dicke von beispielsweise 3 bis 20 mm erzeugt ist.The coated roving band completely surrounded by the matrix material 7 is then on the roll core 10 Butt wound in shock, so that after a winding passage over the entire length of the roll core 10 this is completely coated with a Rovinglagen. This winding process can be repeated several times until a cover layer 12 is produced with a thickness of for example 3 to 20 mm.

Anschließend kann die Bezugsschicht 12 zum Erzielen einer glatten Oberfläche geschliffen werden oder, wie es in 3 angedeutet ist, mit einer Metallschicht 21 versehen werden.Subsequently, the reference layer 12 be ground to achieve a smooth surface or, as it is in 3 is indicated with a metal layer 21 be provided.

11: Fasernfibers
22: Fasernfibers
33: Sammeleinheitcollection unit
44: Faserrovingfiber roving
66: Zahntooth
77: Rovingbandroving
88th: Beschichtungsvorrichtungcoater
99: Metallbadmetal
1010: Walzenkernroll core
1212: Bezugsschichtreference layer
1313: Metallschaummetal foam
1414: Porenpore
1515: elastisches Matrixmaterialelastic matrix material
1616: elastisches Matrixmaterialelastic matrix material
1717: metallische Füllstoffemetallic fillers
1818: gestrichelte Liniedashed line
19, 19'19 19 ': Fasernfibers
2020: Oberflächesurface
2121: Metallschichtmetal layer
2222: Faserlagenfiber layers

Claims

Roller, in particular for smoothing paper webs, with a hard roller core, in particular consisting of metal ( 10 ), which on its outside has an elastic covering layer ( 12 ) made of an elastic matrix material ( 15 . 16 ) and into the matrix material ( 15 . 16 ) embedded fillers ( 1 . 2 . 13 . 17 . 19 ), characterized in that at least a part of the fillers ( 1 . 2 . 13 . 17 . 19 ) is formed as metallic fillers, which consist at least partially of metal.

Roller according to Claim 1, characterized in that at least a part of the metallic fillers is used as metal foam ( 13 ) is trained.

Roller according to claim 2, characterized in that the metal foam ( 13 ) with the elastic matrix material ( 15 ) is soaked or filled.

Roller according to claim 2 or 3, characterized in that in the metal foam ( 13 ) Pores ( 14 ) formed at least partially with the elastic matrix material ( 15 ) are filled.

Roller according to one of the preceding claims, characterized in that at least a part of the metallic fillers is used as metal powder ( 17 ), in particular as nickel powder or as chains of nickel powder is formed.

Roller according to claim 5, characterized in that the metal powder ( 17 ) is small-grained, in particular has grain sizes of between about 5 to 50 microns, preferably of between about 10 to 20 microns.

Roller according to one of the preceding claims, characterized in that at least part of the metallic fillers are used as metal fibers ( 1 . 2 . 19 ) or as metal rovings ( 4 ) is trained.

Roller according to one of the preceding claims, characterized in that at least part of the metallic fillers are used as metal-coated fibers ( 1 . 2 . 19 ) or metal-coated rovings ( 4 ) is trained.

Roller according to claim 8, characterized in that the fibers ( 1 . 2 . 19 ) or rovings ( 4 ) consist of carbon and / or glass.

Roller according to one of claims 7 to 9, characterized in that at least a part, in particular a predominant part of the fibers ( 1 . 2 . 19 ) are aligned in the axial direction.

Roll according to one of claims 7 to 10, characterized in that at least a part, in particular a predominant part of the fibers ( 1 . 2 . 19 ) are aligned in the radial direction.

Roll according to one of claims 7 to 11, characterized in that at least a part, in particular a predominant part of the fibers ( 1 . 2 . 19 ) are statistically distributed.

Roller according to one of Claims 7 to 12, characterized in that the fibers ( 1 . 2 ) in a fiber layer ( 22 ) or in radially successive fiber layers ( 22 ) are arranged.

Roller according to one of the preceding claims, characterized in that at least a part of the metallic fillers ( 1 . 2 . 13 . 17 . 19 ) is elastic.

Roller according to one of the preceding claims, characterized in that in addition to the metallic fillers ( 1 . 2 . 13 . 17 . 19 ) further fillers, in particular in the form of fibers, for example carbon and / or glass fibers, are arranged in the elastic matrix material.

Roller according to Claim 15, characterized that the further fillers made of quartz and / or PTFE.

Roller according to one of the preceding claims, characterized in that the metallic fillers ( 1 . 2 . 13 . 17 . 19 ) to the surface ( 20 ) of the elastic matrix material ( 15 . 16 ) and in particular the surface ( 20 ) of the elastic matrix material ( 15 . 16 ).

Roller according to one of the preceding claims, characterized in that the surface ( 20 ) of the matrix material ( 16 ) with metal ( 21 ) is coated.

Roller according to one of the preceding claims, characterized in that the thermal conductivity of the metallic fillers ( 1 . 2 . 13 . 17 . 19 ) is significantly higher than that of the matrix material ( 15 . 16 ).

Roller according to one of the preceding claims, characterized in that a part of the metallic fillers ( 1 . 2 . 13 . 17 . 19 ) radially inwardly to the surface of the roll core ( 10 ).

Roller according to one of the preceding claims, characterized in that the thermal expansion coefficient of the metallic fillers ( 1 . 2 . 13 . 17 . 19 ) is smaller than that of the matrix material ( 15 . 16 ) and in particular substantially equal to the thermal expansion coefficient of the roll core ( 10 ).

Roller according to one of the preceding claims, characterized in that the reference layer ( 12 ) a radially outer functional layer and a radially inner connecting layer for connecting the functional layer to the roller core ( 10 ) and that the metallic fillers ( 1 . 2 . 13 . 17 . 19 ) are arranged at least in the functional layer.

Roller according to one of the preceding claims, characterized in that the matrix material ( 15 . 16 ) is a plastic, in particular a thermoset or a thermoplastic.

Roller according to one of the preceding claims, characterized in that the matrix material ( 15 . 16 ) consists of a resin / hardener combination.