DE69804427T2 - Abstreichklinge und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Rakelklinge für eine Papiermaschine / Pappmaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und sie betrifft ein Verfahren zum Herstellen derselben.
• Die Seiten von Walzen bei einer Papiermaschine / Pappmaschine neigen dazu, mit von dem Prozess herkommenden Verunreinigungen und mit dem Material der Rakelklinge beschichtet zu werden. Zum Entfernen dieser Materialien von den Walzenseiten werden Rakelklingen angewendet.
• Typische herkömmliche Klingen sind beispielsweise in der Druckschrift US-A-4 549 933 und in der Druckschrift SU-A-1 694 755 beschrieben.
• In der Druckschrift US-A-4 549 933 ist eine Rakelklinge für eine Papiermaschine mit sämtlichen Merkmalen von Anspruch 1 beschrieben, die aus einer Anzahl von sich abwechselnden Lagen aus Faser und Kohlenstofffaser derart besteht, dass die Faserlage aus Baumwolle, Papier, Glasfaser oder dergleichen zusammengesetzt sein kann. Eine derartige Klinge löst Verunreinigungen, jedoch wird andererseits Fremdmaterial von der Klinge zu der Walzenseite hin abgetrennt.
• In der Druckschrift SU-A-1 694 755 ist eine zum Reinigen von Walzen und Zylindern gedachte Rakelklinge für eine Verwendung in der Zellstoff- und Papierindustrie beschrieben. Diese Klinge ist aus einem zusammengesetzten Material hergestellt, bei dem über die Dicke der Klinge Lagen aus Faser und Gewebefüllstoff senkrecht zu dem Klingenrand sich abwechseln. Diese Rakelklinge wird zum Reinigen der Walzenseiten verwendet. Neben dem Gewebefüllstoff wird für die Rakel Kohlenstoffband, Borfaser oder Wolfram als Faser verwendet und die Ausrichtung der Fasern ist senkrecht zu der Richtung der Klinge.
• Keine der Rakelaufbauarten enthält Partikel aus Schleifmaterial.
• In der Druckschrift US-A-5 174 862 ist eine Polierrakelklinge zum Polieren der Metallseite einer Kalanderwalze beschrieben. Die an dem Kopf der Klinge angeordnete Bearbeitungsseite weist Schleifpartikel auf, die mit einer Epoxidmatrix wie beispielsweise Karbide oder Diamanten vermischt sind. Die Klinge wirkt nicht als eine Rakelklinge. Sie ist ausschließlich für Kalanderwalzen gedacht, bei denen ihre Funktion ausschließlich das Schleifen / Polieren der Seite der Kalanderwalze ist.
• In der Druckschrift FI-A-941 620, die der Druckschrift EP-B-676 501 entspricht, sind ein Verfahren und eine Anlage zum Konditionieren der Beschichtung an einer Walze bei einer Papiermaschine beschrieben. Es wird keine Rakelklinge angesprochen, sondern bei dem Verfahren der Druckschrift FI-941 620 wird die Walze mittels einer separaten Schleifrippe geschliffen, die an einer Rakelklinge anzubringen ist, um so die Rauigkeit der Walzenseite zu korrigieren, um die Walze entweder glätter oder rauher je nach Bedarf zu gestalten. In einem derartigen Fall findet das Konditionieren der Walzenseite während eines Stillstands vor Ort statt, d. h. ohne ein Entfernen der Walze von der Maschine, jedoch arbeitet die Vorrichtung während der Produktion oder bei Produktionsgeschwindigkeit nicht.
• Das Beschichten mit einem Fremdmaterial führt häufig zu einer Änderung der Oberflächeneigenschaften einer Walze, was wiederum das Laufverhalten und die Eigenschaften des Papiers verschlechtert. Wenn die Beschichtung intensiv ist, kann die Walzenseite außerordentlich glatt werden, was bei einer Mittelwalze in der Presse beispielsweise zu einem noch schwierigeren Abtrennen der Papierbahn, wobei die Bahn durch die Rakel tritt, und somit zu einer erhöhten Anfälligkeit gegenüber einem Bahnreißen führt. Neben dem Beschichtungseffekt ist ein zweiter negativer Aspekt bei dem Fall von Metallklingen das Kratzen der Walzenseite oder in einigen Fällen das Eindringen der Klinge in die Walzenbeschichtung, wenn eine Beschichtung auf Polymerbasis betroffen ist. Außerdem bewirkt ein übermäßiges Aufrauhen einer Walzenseite, was bei einem längeren Betrieb von Metallklingen auftritt, eine Verschlechterung der Betriebsfähigkeit von der Walzenseite.
• Ein Glätten oder Aufrauhen einer Walzenseite ist typisch bei einer Walze, die ein keramisches Beschichtungsmaterial enthält, tritt aber auch bei einigen anderen Beschichtungen auf. Der Beschichtungseffekt der Klingen aus verstärktem Kunststoff, die im Allgemeinen mit Keramikwalzenbeschichtungen angewendet werden, rührt hauptsächlich von dem Anhaften von Partikeln, die von der Klinge durch ein Abschleifen sich gelöst haben, oder vom Verschmelzen des Matrixkunststoffs an der Walzenseite her. Andererseits haftet auch von dem Prozess herkommendes Material an der Walzenseite, wobei diese Materialien nicht durch die Rakel aus den Vertiefungen in der Rauhigkeit der Seite entfernt werden können, da die Rakel die Lage der Verunreinigungen, die sich an diesen Materialien an dem Boden der Vertiefungen "verankert" abgelagert haben, nicht entfernen kann, da das Anhaften zu stark ist.
• Selbst die beste herkömmliche Rakelklinge kann nicht sämtliches unerwünschtes Material, das bereits an der Walzenseite haftet, von der Walzenseite entfernen, sondern die Klinge bringt häufig mehr Material zu der Walzenseite. Dies ist der Grund, weshalb es ein Bedarf an einem Entwickeln einer Rakelklinge gegeben hat, die unerwünschte Verunreinigungen oder anderes Material, mit dem die Walzenseite beschichtet worden ist, von der Walzenseite in einem größeren Maß entfernt als die Klinge selbst zu der Walzenseite bringt, und wobei diese Rakelklinge die Walzenseite in ihrem ursprünglichen Zustand hält oder den ursprünglichen Zustand wieder herstellt.
• Die Druckschrift JP 54 149 787 A beschreibt, dass eine Rakelklinge aus einem Netzwerkschleiftextilstück oder einem Laminat aus einem Netzwerkschleiftextilstück zusammengesetzt ist. Es sind Schleifpartikel an beiden Seiten des Netzwerktextilstückes fixiert. Das Schleiftextilstück oder ein Laminat ist zwischen einem Paar an harten Kunststoffblättern angeordnet und der gesamte Verbundstoff ist durch ein Haftmittel verbunden. Die erforderliche Anzahl der harten Kunststoffblätter und des Netzwerkschleiftextilstückes oder der Laminate kann abwechselnd übereinander geordnet sein, wobei die oberste Lage und die Bodenlage die harten Kunststoffblätter sind. Das harte Kunststoffblatt enthält synthetischen Faser oder Glasfaser.
• Eine weitere Rakelklinge ist aus der Druckschrift US-A-5 623 718 bekannt, die jedoch zu einer elektrofotografischen Entwicklereinrichtung gehört.
• Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Pflegerakelklinge für eine Papiermaschine / Pappmaschine zu schaffen, wobei die Klinge unerwünschtes beschichtetes Material von der Walzenseite entfernt und gleichzeitig die Walzenseite wartet, und ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Klinge zu schaffen.
• Die Rakelklinge gemäß der vorliegenden Erfindung und das Verfahren zum Herstellen derselben sind durch die unabhängigen Ansprüche gekennzeichnet.
• Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den abhängigen Ansprüchen aufgeführt.
• Bei der erfindungsgemäßen Lösung werden bei der Pflegerakelklinge eine Schleifklinge und eine fast optimale durch Kohlenstofffaser verstärkte Verbundklinge aus verstärktem Kunststoff kombiniert. Die Pflegerakelklinge soll nicht ausschließlich wie bei den herkömmlichen Schleifklingen schleifend sein, sondern sie soll auch ausgezeichnete Rakel- und Reinigungseigenschaften haben. Somit werden bei der Pflegerakelklinge die Funktionen von zwei verschiedenen Klingenarten kombiniert. Es ist ein wesentliches Merkmal der Eigenschaften der Pflegeklinge, dass der Aufbau der Klinge von einer korrekten Art ist. Die Klinge hat eine aus Kohlenstofffaser / Glasfaser bestehende Zusammensetzung, die ein Schleifmaterial in einer Lage enthält, die Glasfaser oder Kohlenstofffaser enthält. Der Gehalt an Kohlenstofffaser in dem Verbundstoff oder in der Zusammensetzung ist hoch, der Gehalt des Matrixmaterials ist gering und die Faserausrichtung ist optimal.
• Die erfindungsgemäße Lösung ist detailliert unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben, in der eine erfindungsgemäße bevorzugte Lösung anhand eines Beispiels dargestellt ist.
• Die in Fig. 1 gezeigte Rakelklinge weist einen steifen Laminataufbau auf, der aus Glasfaser- und Kohlenstofffaserlagen 2 und 3 und zumindest einer Pflegelage 1 besteht. Die Pflegelage 1 ist von Glasfaserlagen und möglicherweise von Kohlenstofffaserlagen umgeben. Neben Kohlenstofffaser können die Kohlenstofffaserlagen 3 auch Glasfaser enthalten. Bei den Glasfaserlagen 2 sind die Glasfaserlagen parallel zu der Längsachse der Klinge ausgerichtet und bei zumindest einigen der Lagen, die Kohlenstofffaser enthalten, sind die Kohlenstofffasern im Wesentlichen schräg zu der Längsachse der Rakelklinge und vorzugsweise quer zu der Klingenrichtung ausgerichtet. Die obersten Lagen 4 sind vorzugsweise Matten mit einer Glasfaseroberfläche.
• Die Pflegelage 1 weist Kohlenstofffasern und Schleifpartikel in direkter Nähe der Kohlenstofffasern und möglicherweise zusätzlich auch Glasfasern auf. Für die Schleifpartikel ist es möglich, Siliziumkarbidpartikel, Diamanten, Bornitrid, Aluminiumoxid oder dergleichen anzuwenden, wobei vorzugsweise Siliziumkarbid verwendet wird. In der Lage können Schleifpartikel über die gesamte Breite der Klinge vorhanden sein, jedoch können sie auch unterschiedlich angeordnet werden, beispielsweise an dem Rand der Klinge, die mit der Walze in Kontakt gelangt. Die Schleifpartikel sind in eine Verbindung mit den Kohlenstofffasern beispielsweise durch ein Imprägnieren in ein Kohlenstofffasergewebe mittels eines Matrixmaterials eingeleitet worden, das ein wärmehärtbares oder thermoplastisches Harz sein kann, und wobei seine Basismatrix fluoriniert sein kann.
• Damit ein geeigneter Pflegeschleifeffekt erzielt werden kann, werden das Verhalten des Schleifmittels (Siliziumkarbid, Diamanten, Bornitrid, Siliziumoxid oder dergleichen; d. h. vorzugsweise Siliziumkarbid) und die Partikelgröße (30 bis 250 um; d. h. vorzugsweise 45 bis 125 um) und die Menge an Partikeln an der Verschleißseite, die gegenüber der Walze angeordnet ist, geeignet gewählt. Die Menge kann verändert werden, indem die Dichte der Partikel in der Lage eingestellt wird und / oder indem die Anzahl der Lagen erhöht wird, die Partikel enthalten, wie beispielsweise 1 bis 5 Lagen. Die Dauer des Schleifeffektes kann eingestellt werden, indem die Partikel bei einem bestimmten Abstand innerhalb der Verschleißspanne lediglich eingesetzt werden. In dieser Weise kann der Schleifeffekt in der Querrichtung der gesamten Walze genormt werden, selbst wenn die Verschleißrate der Klinge in unterschiedlichen Bereichen unterschiedlich wäre. Wenn kostspielige Schleifmaterialien angewendet werden, werden vorzugsweise die Partikel nur in dem Bereich der Verschleißspanne angeordnet.
• Die Dicke der Rakelklinge beträgt vorzugsweise ungefähr 1,3 bis 2,8 mm, während die Dicken der einzelnen Lagen in einer Größenordnung von ungefähr 0,1 bis 0,3 mm und der Pflegelage ungefähr 0,1 bis 0,4 mm sind. Die Rakelklinge wird vorzugsweise mittels eines Pultrusionsverfahrens hergestellt. In einem derartigen Fall wird das Schleifmaterial vor der Pultrusionsstufe in eine Verbindung mit dem Kohlenstofffasergewebe gebracht und beispielsweise in das Gewebe imprägniert. Außerdem können herkömmliche Verfahren angewendet werden, die aus der Herstellung von Sandwichaufbauarten bekannt sind.
• Je höher der Gehalt an Kohlenstofffaser in der Rakelklinge aus verstärktem Kunststoff in Bezug auf Glasfaser und insbesondere in Bezug auf Matrixkunststoff ist, desto geringer ist das Bedecken der Walzenseite mit Kunststoff oder das Beschichten der Walzenseite zumindest in Bezug auf das Material, das von der Klinge abgetrennt wird. Der Fall ist ebenfalls betroffen, wie optimal die Faserausrichtung in der Klinge ist und wie gut der Widerstand gegenüber einer Erwärmung der Matrix ist. Günstige Matrixmaterialien sind wärmeaushärtbare Harze oder thermoplastische Harze, die eine Temperatur von mehr als 200ºC aushalten. Längsglasfasern und mögliche Kohlenstofffasern verleihen dem Aufbau die erforderliche Robustheit und Steifigkeit in der Längsrichtung.
• Von dem Gesichtspunkt des Betriebsverhaltens der Klinge ist es von Bedeutung, dass die schleifenden harten Partikel wie beispielsweise Siliziumkarbid von Kohlenstofffaser umgeben sind. Die Funktion der Kohlenstofffaser ist es, die auftretende Reibungswärme von den Schleifpartikeln abzuleiten, so dass das Matrixmaterial um die Partikel des Schleifmaterials herum nicht brennt oder schmilzt, was zu einem Entfernen der Schleifpartikel führt. Eine im Wesentlichen Querrichtungsausrichtung der Kohlenstofffasern schafft eine günstige Leitfähigkeit von Wärme weg von der Spitze der Klinge, d. h. von der Matrix weg, die das Fixiermittel für das Schleifmaterial bildet, und von den Partikeln des Schleifmaterials weg, wobei in diesem Fall das Schmelzen der Matrix verringert wird. Des Weiteren ist die Steifigkeit der Klinge in der Querrichtung hoch, was das Rakelergebnis verbessert. Die Klinge ist jedoch elastisch in der Längsrichtung der Klinge, wobei in diesem Fall die Klinge der Walzenseite folgt und der Walzenseite in günstiger Weise über die gesamte Länge der Klinge entspricht. Eine derartige Rakelklinge arbeitet ausgezeichnet als eine Abscherklinge zusätzlich zu dem Schleifeffekt; wobei eine herkömmliche Schleifklinge nicht die Verunreinigungen abtrennen kann. Somit wird mittels einer einzigen Klinge ein mehrfacher Effekt erzielt, der deutlich erkennbare Vorteile auch in einem Fall vorsieht, bei dem an den Walzen sowohl eine Schleifklinge als auch eine Abscherklinge separat bei einer Rakel verwendet werden kann.

Claims (7)

1. Rakelklinge für eine Papiermaschine / Pappmaschine, wobei die Klinge eine Anzahl an Faserlagen (1, 2, 3, 4) als einen Schichtaufbau aufweist, wobei zumindest eine Lage (1, 3) aus Kohlenstofffaser hergestellt ist oder im Wesentlichen Kohlenstofffaser enthält und wobei in dieser Lage (1, 3) die Ausrichtung der Kohlenstofffasern im Wesentlichen von der Richtung einer Längsachse der Klinge und vorzugsweise in der Querrichtung der Klinge abweicht, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Lage (1) Schleifpartikel enthält, die von den Kohlenstofffasern umgeben sind.

2. Rakelklinge gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schleifmaterial Siliziumkarbid, Diamant, Bornitrid, Aluminiumoxid oder dergleichen ist und seine Partikelgröße 30 bis 250 um und vorzugsweise 45 bis 125 um beträgt.

3. Rakelklinge gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifpartikel in ein Gewebe aus Kohlenstofffaser mittels eines Matrixmaterials imprägniert sind, das ein wärmaushärtendes Harz oder ein thermosplastisches Harz sein kann und möglicherweise fluoriniert ist.

4. Rakelklinge gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifpartikel an dem Rand angeordnet sind, der mit der Walze in Kontakt gelangt, vorzugsweise lediglich in dem Bereich der Verschleißspanne der Klinge oder lediglich in einem Abschnitt dieses Bereiches.

5. Rakelklinge gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage (1) aus Kohlenstofffaser, die Schleifpartikel enthält, von Lagen aus Glasfaser und Kohlenstofffaser umgeben ist, wobei in den Lagen die Richtungen der Ausrichtung der Glasfasern im Wesentlichen parallel zu der Längsachse der Klinge ist, und wobei in den Lagen die Richtungen der Ausrichtung der Kohlenstofffasern im Wesentlichen von der Richtung der Längsachse der Klinge abweicht.

6. Verfahren zum Herstellen einer Rakelklinge für eine Papiermaschine / Pappmaschine mit den folgenden Schritten:

- Vorbereiten zumindest einer Lage (1, 3) aus Kohlenstofffaser oder im Wesentlichen aus Kohlenstofffaser,

- Herstellen eines Laminataufbaus aus einer Anzahl an Faserlagen (1, 2, 3, 4) derart, dass die Ausrichtung der Kohlenstofffasern in der zumindest einen Kohlenstofffaserlage (1) im Wesentlichen von der Richtung einer Längsachse der vollständigen Klinge abweicht und vorzugsweise in der Querrichtung der Klinge,

dadurch gekennzeichnet, dass

die zumindest eine Lage (1) derart vorbereitet wird, dass sie Schleifpartikel enthält, die von den Kohlenstofffasern umgeben sind.

7. Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Klinge mittels eines Pultrusionsverfahrens hergestellt wird, bei dem die Schleifpartikel beispielsweise durch ein Imprägnieren durch ein Matrixmaterial an dem Fasergewebe vor der Pultrusionsstufe fixiert werden.