PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE69705080T2 31.10.2001
EP-Veröffentlichungsnummer 0791477
Titel Hülse für eine Flüssigkeitsübertragungsrolle und Herstellungsverfahren dafür
Anmelder Praxair S.T. Technology, Inc., Danbury, Conn., US
Erfinder Hatch, Russell Bruce, Wanborough, Swindon SN4 04G, GB;
Luthi, Jacques, F-74580 Viry, FR
Vertreter Schwan Schwan Schorer, 81739 München
DE-Aktenzeichen 69705080
Vertragsstaaten CH, DE, DK, FR, GB, IT, LI
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 21.02.1997
EP-Aktenzeichen 971029079
EP-Offenlegungsdatum 27.08.1997
EP date of grant 06.06.2001
Veröffentlichungstag im Patentblatt 31.10.2001
IPC-Hauptklasse B41N 7/06
IPC-Nebenklasse B41F 31/26   

Beschreibung[de]
Hintergrund der Erfindung Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf Flüssigkeitsübertragungswalzen oder ähnliches. Genauer bezieht sie sich auf eine verbesserte Hülse für die Montage auf einem Dorn, um eine Flüssigkeitsübertragungswalze auszubilden, die zum Übertragen einer genau bemessenen Menge einer Flüssigkeit auf eine andere Oberfläche verwendet wird, wie z. B. eine Walze zur Verwendung in Tiefdruck- oder Aniloxdruckverfahren. Weiterhin bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein verbessertes Verfahren zum Herstellen einer derartigen Hülse.

Beschreibung des Stands der Technik

Eine Flüssigkeitsübertragungswalze wird in der Druckindustrie zum Übertragen einer spezifischen Menge einer Flüssigkeit wie z. B. Farbe oder anderer Substanzen von der Flüssigkeitsübertragungswalze zu einer anderen Oberfläche verwendet. Die Flüssigkeitsübertragungswalze weist im allgemeinen eine Oberfläche mit einem Muster an zum Aufnehmen einer Flüssigkeit ausgelegten Vertiefungen oder Reservoirs auf, wobei das Muster bei dem Kontakt mit der Flüssigkeitsübertragungswalze auf eine andere Oberfläche übertragen wird. Ist die Flüssigkeit Farbe und wird die Farbe auf die Walze aufgetragen, werden die Reservoirs mit der Farbe aufgefüllt, während die restliche Oberfläche der Walze abgewischt wird. Da die Farbe nur in dem von den Reservoirs festgelegten Muster enthalten ist, wird nur dieses Muster auf eine andere Oberfläche übertragen.

In der kommerziellen Praxis wird ein Wischer oder Abstreichmesser zum Entfernen jeglicher überschüssiger Flüssigkeit von der Oberfläche der Flüssigkeitsübertragungswalze verwendet. Ist die Oberfläche der Walze zu rau, wird überschüssige Flüssigkeit wie z. B. Farbe von der Stegfläche der rauen Walze nicht entfernt werden, was zur Übertragung von zu viel Farbe auf die aufnehmende Oberfläche und/oder auf die falschen Stellen führt. Somit sollte die Oberfläche der Flüssigkeitsübertragungswalze geglättet und die Reservoirs oder Vertiefungen sollten klar abgegrenzt werden, so dass sie die Flüssigkeit aufnehmen können.

Allgemein wird eine gravierte Walze als eine Flüssigkeitsübertragungswalze verwendet. Eine gravierte Walze wird ebenfalls als eine Auftrag- oder Musterwalze bezeichnet. Eine gravierte Walze wird durch Schneiden oder Gravieren von Reservoirs verschiedener Größen auf Teile der Walzenoberfläche hergestellt. Diese Reservoirs werden mit Flüssigkeit gefüllt und dann wird die Flüssigkeit zu der aufnehmenden Oberfläche übertragen. Der Durchmesser und die Tiefe der Reservoirs können zur Steuerung des Volumens der Flüssigkeitsübertragung variiert werden. Die räumliche Anordnung der Reservoirs stellt ein Muster der auf die aufnehmende Oberfläche zu übertragenden Flüssigkeit bereit, während die Stegfläche die Reservoirs festlegt, die keine Flüssigkeit enthalten und somit auch keine Flüssigkeit übertragen können. Die Stegfläche liegt bei einem allgemeinen Oberflächenpegel vor, so dass wenn Flüssigkeit auf die Oberfläche aufgetragen wird und die Flüssigkeit die Reservoirs auffüllt oder diese überschwemmt, die überschüssige Flüssigkeit von der Stegfläche mittels Wischen über die Walzenoberfläche mit einem Abstreichmesser entfernt werden kann.

Die Tiefe und Größe jedes Reservoirs bestimmt die Menge an Flüssigkeit, die zu der aufnehmenden Oberfläche übertragen wird. Durch das Steuern der Tiefe und Größe der Reservoirs sowie der räumlichen Anordnung der Reservoirs (Muster) auf der Oberfläche kann eine präzise Steuerung des Volumens an zu übertragender Flüssigkeit und die räumliche Anordnung der auf eine aufnehmende Oberfläche zu übertragenden Flüssigkeit bewerkstelligt werden. Zusätzlich kann die Flüssigkeit in einem vorbestimmten Muster mit einem hohen Präzisionsgrad zu einer aufnehmenden Oberfläche übertragen werden, der durch die verschiedene Tiefe und/oder Größe der Reservoirs verschiedene Druckdichten aufweist.

Typischerweise besteht eine gravierte Walze aus Metall mit einer Außenlage aus Kupfer. Im allgemeinen sind die zum Gravieren des Kupfers angewendeten Gravierverfahren mechanische Prozesse, die z. B. eine Diamantnadel zum Abtragen der Reservoirmuster verwenden, oder photochemische Prozesse, die das Reservoirmuster chemisch einätzen.

Nach der Vervollständigung des Gravierens wird die Kupferoberfläche üblicherweise mit Chrom überzogen. Dieser letzte Schritt ist zur Erhöhung der Verschleißdauer der gravierten Kupferoberfläche der Walze notwendig. Ohne das Überziehen mit Chrom verschleißt die Walze schnell und wird durch die beim Drucken verwendeten Farben leichter korrodiert. Aus diesem Grund weist eine nicht mit Chrom überzogene Kupferwalze eine inakzeptabel kurze Lebensdauer auf.

Jedoch fällt selbst mit einem Chromüberziehen die Lebensdauer der Walze oft unannehmbar kurz aus. Der Grund besteht in der abrasiven Natur der Fluide und in der durch die Abstreichmesser bewirkten abschabenden Vorgänge. In vielen Anwendungen wird der schnelle Verschleiß der Walze durch die Bereitstellung einer überdimensionierten Walze mit Reservoirs mit überdimensionierten Tiefen ausgeglichen. Allerdings weist diese Walze den Nachteil einer höheren Flüssigkeitsübertragung auf, wenn sie neu ist. Weiterhin nimmt bei dem Verschleiß der Walze das Volumen einer zu einer aufnehmenden Oberfläche übertragenen Flüssigkeit schnell ab, wodurch sich Qualitätssteuerungsprobleme ergeben. Auch führt der schnelle Verschleiß der mit Chrom überzogenen Kupferwalze zu beträchtlichen Ausfallszeiten und Unterhaltskosten.

Viele Jahre lang sind Keramiküberzüge für Aniloxwalzen verwendet worden, um eine äußerst lange Walzenlebensdauer zu ergeben. Aniloxwalzen sind Flüssigkeitsübertragungswalzen, die ein gleichförmiges Flüssigkeitsvolumen über die gesamte Arbeitsoberfläche der Walzen hinweg übertragen. Das Gravieren von keramikbeschichteten Walzen kann nicht mit konventionellen Gravierverfahren erfolgen, die zum Gravieren von Kupferwalzen verwendet werden, so dass diese Walzen mit einem Hochenergiestrahl wie z. B. einem Laser- oder einem Elektronenstrahl graviert werden müssen. Der Hauptunterschied zwischen einer Tiefdruckwalze und einer Aniloxwalze besteht darin, dass die gesamte Oberfläche der Aniloxwalze graviert ist, während bei einer Tiefdruckwalze nur Teile der Walze graviert sind, um ein vorbestimmtes Muster auszubilden.

Hinsichtlich des Umstands, dass Flüssigkeitsübertragungswalzen häufig unter harten Temperatur-, Druck- und/oder Drehzahlbedingungen verwendet werden und oft korrodierenden Angriffen ausgesetzt sind, verschleißt die gravierte Walzenoberfläche selbst bei der Verwendung von Keramiküberzügen relativ schnell. Daher muss die Flüssigkeitsübertragungswalze häufig ausgebessert werden. Mit den oben beschriebenen Walzen fällt der Ausbesserungsvorgang kompliziert und kostspielig aus und muss durch den Walzenhersteller erfolgen. Diesbezüglich erfordert dieser Vorgang den Einsatz von Spezialwerkzeug sowohl für die Entfernung des verschlissenen Überzugs wie für die Wiederherstellung der Zylinderoberfläche. Somit ist es erforderlich, dass der Anwender die Walze zur Ausbesserung dem Hersteller zuschickt, was Transportprobleme und den Bedarf von Ersatzwalzen beteiligt, die aufbewahrt und bis zur Rückkehr der ausgebesserten Walzen verwendet werden müssen. Ebenfalls kann der Ausbesserungsvorgang die Abmessungen des Metallzylinders verändern, da sein Durchmesser durch die Oberflächenbearbeitung reduziert werden kann, die notwenig sein kann, um sämtliche Rückstände des verschlissenen Materials zu entfernen.

Um die oben genannten Nachteile zu vermeiden, sind Flüssigkeitsübertragungswalzen mit einem Dorn und einer Hülse entwickelt worden, die zur Montage auf und zur Demontage von dem Dorn ausgelegt sind. Typische Beispiele solcher Hülsen sind in DE-A-44 26 485, EP-A-0 196 443, EP-A-0 278 017, EP- A-0 295 319, EP-B-0 384 104 und GB-A-2 051 681 beschrieben. Diese vorgängigen Hülsen sind aus einer oder mehreren Lagen aus Kunststoffmaterial zusammengesetzt, wobei mindestens eine dieser Kunststofflagen faserverstärkt und die äußerste radiale Kunststofflage mit einer zu ätzenden oder zu gravierenden Metalllage beschichtet ist, die üblicherweise eine Lage aus Kupfer ist und manchmal über eine Zwischenlage aus Nickel oder Silber verfügt. Die äußere Metalllage wird üblicherweise durch Galvanisieren aufgetragen. Im Fall einer weiteren bekannten Druckhülse, die aus einer inneren Röhre aus faserverstärktem Polyester oder Epoxidharz und einer darauf aufgetragenen Lage aus Gummi besteht (DE-A-27 00 118), wird die Gummilage selbst nach Aushärten graviert.

Die bekannten Hülsen mit gravierbarer äußerer Kupfer- oder Gummilage unterliegen einem schnellen Verschleiß und erfordern eine sehr vorsichtige Handhabung, um eine Beschädigung der außen liegenden Oberfläche während der Herstellung und dem Zusammenbau der Hülse und der mit einer derartigen Hülse versehenen Druckwalze zu vermeiden. Insbesondere ist die Außenlage aus Kupfer dünn und relativ weich und widersteht keinen Stoßbeschädigungen. Dies trifft natürlich auch dann zu, wenn die Gummilage selbst die äußere gravierbare Oberfläche der Hülse ausmacht. Weiterhin sind die Korrosionseigenschaften von Kupfer wie von gravierbaren Kunststoffmaterialien wie z. B. Gummi nicht zufriedenstellend.

In DE-U-85 32 300 ist ebenfalls die Bereitstellung einer in Druckmaschinen zu verwendenden Hülse vorgeschlagen worden, die aus faserverstärktem Kunststoffmaterial gefertigt ist, wobei die Hülse durch Flammen- oder Plasmaspritzen mit einem gravierbaren Überzug aus Nickel, Chrom oder Wolframkarbid bereitgestellt wird. Allerdings ist es hinsichtlich der für die bei der Herstellung derartiger Hülsen verwendeten Temperaturbegrenzungen der Harze äußerst schwierig, die Hülse mit einem verschleißfesten Material thermisch zu beschichten. Dies wirkt sich ebenfalls auf das Vermögen der Ausbildung einer adäquaten Haftung zwischen dem Überzug und der Hülse aus.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht daher in der Bereitstellung einer verbesserten Hülse zum Ausbilden einer Flüssigkeitsübertragungswalze.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Hülse mit einer verbesserten mechanischen Robustheit.

Eine zusätzliche Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Hülse, die zur thermischen Beschichtung mit einem verschleißfesten Überzug und insbesondere einem Überzug aus Keramikmaterial oder Metallkarbid ausgelegt ist, wobei dieser Überzug eine hohe Haftfestigkeit aufweist.

Noch eine Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Hülse, die ausgelegt ist, Qualitätsverluste durch die Wärme eines zum Auftragen eines verschleißfesten Überzugs verwendeten thermischen Beschichtungsverfahrens zu widerstehen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines verbesserten Verfahrens zum Herstellen einer derartigen Hülse.

Bezüglich dieser und weiterer Aufgaben wird die vorliegende Erfindung im folgenden ausführlich beschrieben werden, wobei deren neue Merkmale besonders in den beiliegenden Ansprüchen verdeutlicht sind.

Zusammenfassung der Erfindung

Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht in einer Hülse für die Montage auf einem Dorn, um eine Flüssigkeitsübertragungswalze oder ähnliches zu bilden, wobei die Hülse eine radial innen liegende und eine radial außen liegende Oberfläche und zwei gegenüberliegende axiale Enden aufweist, und wobei die Hülse:

- eine in radialer Richtung expandierbare innere Haut aufweist, welche die radial innen liegende Oberfläche der Hülse bildet und geeignet ist, Verschleiß und Abrasion während der Montage der Hülse auf dem Dorn und der Demontage der Hülse von dem Dorn zu widerstehen,

- mindestens eine in radialer Richtung kompressible Zwischenlage aus nachgiebigem Kunststoffmaterial aufweist,

- eine starre, selbsttragende metallische äußere Röhre aufweist.

Die starre, selbsttragende äußere Metallröhre ist nicht nur mechanisch stark beschaffen und schützt die Hülse vor Beschädigung durch Stöße oder ähnliches während der Handhabung und dem Zusammenbau der Flüssigkeitsübertragungswalze, sondern sie bildet auch eine ausgezeichnete Basis für das Auftragen eines verschleißfesten Überzugs.

Die selbsttragende äußere Metallröhre weist eine Wanddicke auf, die beträchtlich größer als die Wanddicke der dünnen äußeren Kupferlage von vorgängigen Hülsen ist und die üblicherweise im Bereich von etwa 1 mm bis etwa 10 mm liegt. Dies führt zu einer dementsprechend erhöhten spezifischen Wärmekapazität der äußeren Metallröhre. Somit schützt die selbsttragende äußere Metallröhre effektiv auch die kompressible Zwischenlage oder -lagen aus nachgiebigem Kunststoffmaterial gegen die Wärme eines thermischen Beschichtungsverfahrens. Das für die äußere Röhre verwendete Metall ist vorzugsweise aus den Materialien Aluminium, Aluminiumlegierungen und Stahl, am bevorzugtesten rostfreier Stahl, ausgewählt. Diese Metalle sind besonders geeignet, um chemischen und mechanischen Angriffen zu widerstehen, und sie weisen auch eine wesentlich geringere Wärmeleitfähigkeit als Kupfer auf, wodurch die Schutzfunktion der äußeren Röhre während thermischer Beschichtungsverfahren weiter verbessert wird.

Die Hülse mit der radial expandierbaren inneren Haut und der mindestens einen radial kompressiblen Zwischenlage aus nachgiebigem Kunststoffmaterial sowie mit der starren, selbsttragenden äußeren Metallröhre wird vorzugsweise auf einem Dorn montiert, und anschließend wird die äußere Umfangsoberfläche der Metallröhre auf die notwendige Größe und Konzentrizität bearbeitet.

Vorzugsweise weist die Hülse einen aus Keramikmaterialien und Metallkarbiden ausgewählten Überzug auf, wobei der Überzug die radial außen liegende Oberfläche der Hülse ausbildet.

Jeder geeignete Keramiküberzug wie z. B. ein feuerfester Oxid- oder Metallkarbidüberzug kamt auf die Oberfläche der äußeren Metallröhre der Hülse aufgetragen werden. Zur Anwendung können beispielsweise kommen: Wolframkarbid-Kobalt, Wolframkarbid-Nickel, Wolframkarbid Kobaltchrom, Wolframkarbid-Nickelchrom, Chromnickel, Aluminiumoxid, Chromkarbid-Nickelchrom, Chromkarbid- Kobaltchrom, Wolfram-Titankarbid-Nickel, Kobaltlegierungen, Oxiddispersionen in Kobaltlegierungen, Aluminium-Titanoxid, Kupferbasislegierungen, Chrombasislegierungen, Chromoxid, Chromoxid plus Aluminiumoxid, Titanoxid, Titan plus Aluminiumoxid, Oxid dispergiert in Eisenbasislegierungen, Nickellegierungen und Nickelbasislegierungen und ähnliches. Vorzugsweise können Chromoxid (Cr&sub2;O&sub3;), Aluminiumoxid (Al&sub2;O&sub3;), Siliziumoxid oder Gemische daraus als das Überzugsmaterial verwendet werden, wobei Chromoxid am bevorzugtesten ist.

Die Keramik- oder Metallkarbidüberzüge werden vorzugsweise auf die bearbeitete äußere Metallröhre der Hülse durch ein thermisches Beschichtungsverfahren aufgetragen, insbesondere durch das Flammenspritzbeschichtungsverfahren, das Detonationskanonenverfahren oder das Plasmabeschichtungsverfahren. Das Detonationskanonenverfahren ist wohlbekannt und vollständig in US-A-2 714 563, US-A-4 173 685 und US-A-4 519 840 beschrieben, wobei die Offenbarungen derselben hier als Referenz dienen. Konventionelle Plasmatechniken zum Beschichten eines Substrats sind in US-A-3 016 447; US-A-3 914 573; US-A-3 958 097; US-A-4 173 685: und US-A-4 519 840 beschrieben, wobei die Offenbarungen derselben hier als Referenz dienen. Die Dicke des durch jedes der oben genannten Verfahren aufgetragenen Überzugs kann von 10 um bis 2,5 mm reichen, und die Rauheit reicht in Abhängigkeit von dem Verfahren, dem Typ des Überzugsmaterials und der Dicke des Überzugs von etwa 1 bis etwa 25 um Ra.

Der Keramik- oder Metallkarbidüberzug auf der Hülse kann vorzugsweise mit einem geeigneten Material behandelt werden oder es kann eine geeignete Unterlage bereitgestellt werden, um das Eindringen von Feuchtigkeit oder anderen korrodierenden Materialien in den Keramik- oder Metallkarbidüberzug zu verhindern, was die darunter liegende Metallstruktur der Hülse angreifen und deren Qualität vermindern würde.

Nach dem Auftrag des Überzugs kann dieser durch konventionelle Schleiftechniken auf die gewünschten Abmessungen und Toleranzen der Hülsenoberfläche und für eine Glätte von z. B. zwischen etwa 0,50 um Ra und etwa 0,25 um Ra geglättet werden, um eine ebene Oberfläche für eine nachfolgende Gravierbehandlung bereitzustellen.

Die beschichtete Hülse wird vorzugsweise mit einem Hochenergiestrahl wie z. B. einem Laser- oder einem Elektronenstrahl graviert.

Es ist eine große Vielzahl von Lasermaschinen für die Ausbildung von Reservoirs in den Keramik- oder Metallkarbidüberzügen verfügbar. Im allgemeinen können Laser verwendet werden, die einen Strahl oder Impuls an Strahlung von 0,0001 bis 0,4 Joule pro Laserimpuls für eine Zeitdauer von 10 bis 300 us erzeugen können. Die Laserimpulse können durch einen Zeitraum von 30 bis 2000 us in Abhängigkeit von dem jeweils erwünschten Reservoirmuster getrennt sein. Es können auch höhere oder niedrigere Energiepegel und Zeiträume verwendet werden und andere beim Stand der Technik einfach verfügbare Lasergravierungstechniken können für diese Erfindung zum Einsatz kommen. Nach der Lasergravierung sollte die Rauheit typischerweise von 0,5 bis 25 um Ra reichen, und die Reservoirs können im Durchmesser z. B. von 10 um bis 300 um und in der Höhe von 2 um bis 250 um reichen.

Lasergravierungsverfahren, die zum Gravieren der beschichteten Hülse besonders geeignet sind, sind ausführlich in EP-A-0 400 621 und in EP-A-0 472 049 beschrieben, wobei die Offenbarungen derselben hier als Referenz dienen.

Die innere Haut der Hülse ist vorzugsweise durch eine radial expandierbare innere Röhre ausgebildet, die aus Metall wie z. B. Nickel oder Stahl, oder aus Kunststoffmaterial wie z. B. Polyester- oder Epoxidharz gefertigt ist, und am bevorzugtesten besteht sie aus verstärktem Kunststoffmaterial, z. B. Glas- oder Kohlenfasergewebe oder -garn, das mit Epoxidharz imprägniert ist, welches in einer konventionellen Weise polymerisiert wird. Ebenfalls können ähnlich dazu andere Elastomere mit eingebetteter Verstärkung verwendet werden. Die Verstärkung kann auch aus z. B. Metalldrähten bestehen.

Es ist wesentlich, dass die innere Röhre um ein Ausmaß radial expandierbar ist, das ausreicht, um eine Montage der Hülse auf einem Dorn und eine Demontage der Hülse von dem Dorn wie z. B. ein Ausmaß von etwa 0,1 bis etwa 1 mm über den Durchmesser hinweg zu ermöglichen, und zwar unter dem Einfluss eines Drucks, der üblicherweise in Hülse/Dorn-Systemen zugeführt wird wie z. B. ein Luftdruck von etwa 2 bis etwa 8 bar. Die Wanddicke der inneren Röhre hängt unter anderem von dem verwendeten Material, der Abmessung der Hülse und dem Druck ab, der zum Expandieren der inneren Röhre für die Montage und Demontage der Hülse verwendet werden soll. Wenn die innere Röhre aus verstärktem, insbesondere faserverstärktem, Kunststoffmaterial gefertigt ist, beträgt ihre Wanddicke im allgemeinen zwischen etwa 0,6 und etwa 1 mm, wobei die innere Röhre normalerweise eine Wanddicke von etwa 30 um bis etwa 150 um aufweist, falls sie aus Metall, insbesondere Nickel oder Stahl, angefertigt ist.

Die mindestens eine radial kompressible Zwischenlage ist aus einem nachgiebigen Kunststoffmaterial, vorzugsweise Gummi, oder einem gummiähnlichen Elastomer gefertigt. Das Material und die Wanddicke sind so ausgewählt, dass die radial innen liegende Oberfläche der Zwischenlage oder -lagen der radialen Expansion der inneren Haut folgen können, während die radial außen liegende Oberfläche der Zwischenlage oder -lagen an einer wesentlichen radialen Expansion gehindert wird.

Insbesondere die Zwischenlage oder -lagen kann/können ein Material aufweisen, das selbstkompressibel ist wie z. B. ein geschäumtes Kunststoffmaterial. Die Zwischenlage oder -lagen kann/können jedoch auch ein nicht kompressibles, hydraulisches Material aufweisen, das auf eine Weise fließen kann, damit eine Kompression der Zwischenlage oder -lagen unter dem Einfluss des für die Montage und Demontage der Hülse angelegten Drucks möglich ist.

Vorzugsweise ist/sind die Zwischenlage oder -lagen aus einem wärmebeständigen Elastomer wie z. B. einem Silikon- oder Polyurethan-Elastomer gefertigt. Die Härte der kompressiblen Zwischenlage fällt 1 geeigneterweise in den Bereich von etwa 30 bis 50 Shore und am bevorzugtesten von etwa 40 Shore.

Eine faserverstärkte Zwischenröhre kann zwischen der kompressiblen Lage und der starren äußeren Metallröhre angeordnet werden. Diese Röhre kann eine Wanddicke aufweisen, die wesentlich größer als die der inneren Röhre ist, um eine effektive thermische Barriere zwischen der kompressiblen Zwischenlage aus nachgiebigem Kunststoffmaterial und der selbsttragenden äußeren Metallröhre bereitzustellen, wobei die Barriere besonders erwünscht ist, wenn die äußere Metallröhre thermisch beschichtet werden soll. Die Zwischenröhre kann aus den gleichen oder ähnlichen Materialien wie die für die innere Röhre oben angeführten Materialien bestehen, aber sie muss nicht radial expandierbar sein.

Ein Metallring kann an jedem der axialen Enden der Hülse und vorzugsweise radial innerhalb der äußeren Metallröhre angeordnet werden, wobei die Metallringe dazu ausgelegt und angeordnet sind, sowohl eine radiale Expansion der inneren Haut wie eine radiale Kompression der Zwischenlage oder - lagen zu ermöglichen. Die Metallringe können aus dem gleichen Metall wie dasjenige für die äußere Metallröhre bestehen, d. h. insbesondere rostfreier Stahl oder eine Aluminiumlegierung. Solche Ringe verbessern die Steifheit der gesamten Hülsenbaugruppe. Vorzugsweise sind die Metallringe radial zwischen den inneren und äußeren Röhren mit Radialspalten angeordnet, die eine radiale Expansion der inneren Röhre und eine radiale Kompression der zwischen den Metallringen und der inneren Röhre vorgesehenen Zwischenlage ermöglichen.

Ein bevorzugtes Verfahren zum Herstellen einer Hülse des oben genannten Typs weist die Schritte des Bereitstellens einer vorgefertigten Hülsenbaugruppe auf, die eine radial expandierbare innere Haut aufweist, welche ausgelegt ist, dem Verschleiß und der Abrasion während der Montage der Hülse auf dem Dorn und der Demontage der Hülse von dem Dorn zu widerstehen; das Bereitstellen mindestens einer kompressiblen Zwischenlage aus nachgiebigem Kunststoffmaterial; und dem Befestigen dieser vorgefertigten Hülsenbaugruppe innerhalb einer starren selbsttragenden äußeren Metallröhre. Die vorgefertigte Hülsenbaugruppe kann eine relativ dünnwandige innere Röhre und eine relativ dickwandige Zwischenröhre aufweisen, zwischen denen die kompressible Zwischenlage angeordnet ist. Die Innen- und Zwischenröhren können aus verstärktem Kunststoffmaterial wie z. B. Kohlen- oder Glasfasergewebe oder -garn gefertigt sein, das mit Epoxidharz oder ähnlichem imprägniert ist. Für die Herstellung der Hülse der vorliegenden Erfindung geeignete vorgefertigte Hülsenbaugruppen sind kommerziell verfügbar, z. B. in der Form der Hülsen "Cyrel"® von DuPont. Die vorgefertigte Hülsenbaugruppe und die selbsttragende äußere Metallröhre können durch Auftragen von Klebstoff auf die äußere Umfangsoberfläche der vorgefertigten Hülsenbaugruppe und/oder die inneren Umfangsoberfläche der äußeren Metallröhre fest miteinander befestigt werden.

Ein weiteres bevorzugtes Verfahren zum Herstellen einer Hülse des oben beschriebenen allgemeinen Typs weist die folgenden Schritte auf:

- Bereitstellen einer radial expandierbaren inneren Röhre, die eine innere Haut ausbildet, welche ausgelegt ist, einem Verschleiß und einer Abrasion während der Montage der Hülse auf dem Dorn und der Demontage der Hülse von dem Dorn zu widerstehen;

- Bereitstellen einer starren, selbsttragenden äußeren Metallröhre;

- Anordnen der inneren und äußeren Röhren in eine konzentrische Beziehung zueinander; und

- Auffüllen des Raums zwischen den inneren und äußeren Röhren mit einem Kunststoffmaterial, das beim Aushärten eine kompressible Zwischenlage aus nachgiebigem Kunststoffmaterial ausbildet, während die konzentrische Beziehung aufrechterhalten wird.

Die Hülse der vorliegenden Erfindung kann in Kombination mit jedem konventionellen Dorn verwendet werden. Geeignete Beispiele sind Dorne, die ein Druckluftsystem zur Ausbildung eines Luftkissens zwischen dem Dom und der Hülse verwenden, das die Hülse expandiert, um eine sanfte und präzise Anordnung der Hülse auf dem Dorn zu ermöglichen. Nachdem die Zufuhr von Druckluft beendet ist, ergreift die innere Haut des Dorns straff die Umfangsoberfläche des Dorns, so dass die Hülse und der Dorn als eine integrale Einheit fungieren. Derartige Dorne sind z. B. ausführlicher in EP-A-0 196 443, EP- A-0 278 017, WO-A-94/2 284 und DE-A-27 00 118 beschrieben.

Weiterhin ist es möglich, einen radial expandierbaren Dorn wie z. B. den aus EP-A-0 527 293 bekannten Dorn zu verwenden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird weiter mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden, in welchen:

Fig. 1 eine teilweise Schnittansicht einer Flüssigkeitsübertragungswalze in Längsrichtung ist, die einen Dom und eine Hülse gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist;

Fig. 2 eine vergrößerte teilweise Schnittansicht der in Fiu. 1 dargestellten Hülse in Längsrichtung ist;

Fig. 3 eine Querschnittsansicht einer Hülse gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist; und

Fig. 4 eine teilweise Schnittansicht der Hülse aus Fig. 3 in Längsrichtung ist.

Fig. 1 zeigt eine Flüssigkeitsübertragungswalze 10, die einen Dorn 11 und eine Hülse 12 aufweist. Der Dorn 11 ist von jedem konventionellen Typ. In der dargestellten Ausführungsform ist er mit einem zylindrischen Mantel 13 auf lateralen Endbaugliedern 14 und 15 befestigt, die jeweils mit einem axial vorstehenden Achsschenkel 16 bzw. 17 versehen sind. Eine Mehrzahl von axial und radial verteilten Durchlässen wie z. B. 18, 19, 20, 21 und 22, sind in dem Dorn 11 bereitgestellt und sie stehen mit einem Einsatzanschluss 23 in Verbindung. Der Einsatzanschluss 23 des Dorns kann mit einer Druckluftquelle verbunden werden. Wenn die Hülse 12 sich auf dem Dorn 11 befindet, stellt die aus den Durchlässen 19 und 21 abgegebene Druckluft ein zylindrisches Luftkissen 24 um den Dorn bereit, das sich leicht expandiert, die Hülse 12 stützt und es erlaubt, die Hülse vollständig von dem Dorn zu entfernen bzw. die Hülse auf den Dorn gleiten zu lassen. Sobald die Luftzufuhr abgestellt wird, wird die Hülse 12 auf dem Dorn 11 engsitzend aufgesetzt.

Die Hülse 12, die in Fig. 2 ausführlicher dargestellt ist, weist eine radial expandierbare innere Röhre 26, eine radial kompressible Zwischenlage 27, eine Zwischenröhre 28 und eine starre, selbsttragende äußere Metallröhre 29 auf. Die innere Röhre 26 bildet eine radial expandierbare innere Haut 30 an der radial innen liegenden Oberfläche der Hülse 12 aus. All diese Bauteile werden engsitzend miteinander verbunden, um eine integrale Einheit festzulegen.

Die innere Röhre 26 und die Zwischenröhre 28 sind aus einem Harz wie z. B. Polyester oder Epoxidharz, verstärkt mit Glas, Aramid oder Kohlenfasern wie z. B. Kevlar® gefertigt. Die Zwischenröhre 28 ist wesentlich dicker als die innere Röhre 26 und muss im Unterschied zu der inneren Röhre 26 unter dem zugeführten Luftdruck nicht expandierbar sein. Die Zwischenlage 27 ist in der dargestellten Ausführungsform aus einem kompressiblen Material, vorzugsweise aus einem Gummischaummaterial wie z. B. Polyurethanschaum gefertigt. Die starre äußere Metallröhre 29 ist aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung oder aus Stahl, vorzugsweise rostfreiem Stahl gefertigt. Die Röhre 29 kann beschichtet und vorzugsweise thermisch beschichtet werden, und zwar mit einem verschleiß- und korrosionsfesten Überzug 31, der, wie in Fig. 2 bei 32 schematisch dargestellt, lasergraviert werden kann. Die Zwischenröhre 28 bildet eine effektive thermische Barriere während des thermischen Beschichtungsverfahrens.

Metallringe 33 und 34 werden in die äußere Metallröhre 29 an ihren jeweiligen axialen Enden eingepasst. Die Ringe 33 und 34 bedecken die Stirnflächen der Zwischenröhre 28 und einen Teil der Stirnflächen der Zwischenlage 27. Radialspalten 35 verbleiben zwischen der inneren Umfangsoberfläche der Ringe 33 und 34 und der äußeren Umfangsoberfläche der inneren Röhre 26. Die Spalte 35 sind so ausgelegt, dass sie die radiale Expansion der inneren Röhre 26 und die radiale Kompression der Zwischenlage 27 unter dem von dem Dorn 11 zugeführten Druck gestatten. Umfangsvertiefungen 36 in den Ringen 33 und 34 können Klebstoff zum festen Anhaften der Ringe an der äußeren Röhre 29 aufnehmen.

Eine die Innen- und Zwischenröhren 26 und 28 sowie die Zwischenlage 27 aufweisende vorgefertigte Hülsenbaugruppe wie z. B. die oben erwähnte Cyrel®-Hülse von DuPont kann verwendet und in die starre selbsttragende äußere Metallröhre 29 eingepasst werden. Die vorgefertigte Hülsenbaugruppe und die äußere Metallröhre können durch Klebstoff oder in jeder anderen geeigneten Weise miteinander verbunden werden, um eine integrale Einheit auszubilden, und die Ringe 33 und 34 können an den axialen Enden der äußeren Röhre 29 eingesetzt werden, wie in Fig. 2 illustriert. Nachfolgend kann die Hülse auf einem Dorn montiert werden, und die äußere Röhre 29 kann geglättet und mit einem verschleiß- und korrosionsfesten Überzug 31 thermisch beschichtet werden. Der Überzug 31 kann wie oben beschrieben lasergraviert und fertigbearbeitet werden.

Während in Fig. 2 die in die äußere Röhre 29 eingepassten Ringe 33 und 34 dargestellt sind, illustriert Fig. 1 modifizierte Ringe 33' und 34', die ebenfalls die Stirnflächen der Röhre 29 bedecken. In diesem Fall sind die Ringe 33' und 34' ebenfalls ausgelegt und angeordnet, eine radiale Expansion der inneren Haut 30 und eine radiale Kompression der Zwischenlage 27 zu ermöglichen.

Es ist eine einzelne Zwischenlage 27 in den Fig. 1 und 2 dargestellt. Allerdings können auch zwei oder mehrerer solcher Lagen ähnlich dazu zwischen den Röhren 26 und 29 angeordnet werden.

Die Fig. 3 und 4 zeigen eine Ausführungsform, in der eine Hülse 40 nur drei Komponenten aufweist: Die radial expandierbare innere Röhre 26, die starre selbsttragende äußere Metallröhre 29 und eine einzelne radial kompressible Zwischenlage 41. In dieser Ausführungsform unterscheidet sich die Lage 41 von der Lage 27 insofern, als dass sie nicht aus einem kompressiblen Material, insbesondere aus Kunststoffschaummaterial besteht, sondern aus einem im wesentlichen nicht kompressiblen Material wie z. B. einem Silikonelastomer, das ein hydraulisches Verhalten aufweist. Ein derartiges hydraulisches Material ermöglicht durch Fließen in axialer Richtung um einen bestimmten Betrag eine radiale Kompression der Lage 41.

Die Hülse 40 aus den Fig. 3 und 4 kann hergestellt werden, indem die Röhren 26 und 29 in einer (nicht dargestellten) Halterung in einer konzentrischen Beziehung zueinander gehalten werden und der durch die Röhren 26 und 29 ausgebildete ringförmige Raum mit einem geeigneten Elastomermaterial, z. B. Silikon, aufgefüllt wird, um die Zwischenlage 41 auszubilden. Dieses Auffüllen kann durch Gießen, Injizieren oder Evakuieren des ausgewählten Materials erfolgen. Dann wird das Elastomer vorzugsweise mittels UV-Bestrahlung ausgehärtet. Nachfolgend wird die Baugruppe auf einem Dorn montiert, deren außen liegende Oberfläche bearbeitet und wahlweise thermisch beschichtet, lasergraviert und erneut bearbeitet wird, wie weiter oben ausführlicher beschrieben, um die fertigbearbeitete Hülse zu erhalten.

Die Hülsen der vorliegenden Erfindung sind besonders stabil und robust. Bei ihrem praktischen Einsatz bauen sich keine Resonanzen zwischen ihren innen und außen liegenden Oberflächen auf. Die starre selbsttragende äußere Metallröhre ermöglicht eine besonders hohe Genauigkeit der Hülse und der Walze, die durch die Montage der Hülse auf einem Dorn erhalten wird. An der äußeren Umfangsoberfläche der Hülse tritt keine messbare Expansion auf, wenn die Hülse montiert oder demontiert wird. Daher wird ein Überzug auf der starren äußeren Metallröhre keinen Kräften durch die Expansion der inneren Haut ausgesetzt, die zur Beschädigung oder Loslösung des Überzugs führen könnten.

Die hier beschriebenen und dargestellten Hülsen können nicht nur als Flüssigkeitsübertragungswalzen verwendet werden, sondern sind auch in anderen Anwendungen nützlich. Beispielsweise können die Hülsen mit einem dielektrischen Überzug wie z. B. Aluminiumoxid versehen und in Glimmentladungssystemen verwendet werden. Ebenfalls können die Hülsen mit Kreamik- oder Metallüberzügen versehen und als Transportwalzen für Papier, Film, Textilien usw. verwendet werden.


Anspruch[de]

1. Hülse für die Montage auf einem Dorn, um eine Flüssigkeitsübertragmgswalze oder ähnliches zu bilden, wobei die Hülse eine radial innen liegende und eine radial außen liegende Oberfläche und zwei gegenüberliegende axiale Enden aufweist und wobei die Hülse eine in radialer Richtung expandierbare innere Haut aufweist, welche die radial innen liegende Oberfläche der Hülse bildet und geeignet ist, Verschleiß und Abrasion während der Montage der Hülse auf dem Dorn und der Demontage der Hülse von dem Dorn zu widerstehen, und wobei die Hülse mindestens eine in radialer Richtung kompressible Zwischenlage aus nachgiebigem Kunststoffmaterial aufweist, gekennzeichnet durch eine starre, selbsttragende metallische äußere Röhre zum Schutz der Hülse.

2. Hülse gemäß Anspruch 1, ferner versehen mit einem Überzug auf der starren äußeren Metallröhre, wobei der Überzug aus Keramikmaterialien und Metallkarbiden ausgewählt ist und die radial außen liegende Oberfläche der Hülse bildet.

3. Hülse gemäß Anspruch 1, wobei die in radialer Richtung kompressible Zwischenlage aus einem Material gefertigt ist, das aus der aus Gummi, geschäumten Kunststoffmaterialien und wärmebeständigen Elastomeren bestehenden Materialgruppe ausgewählt ist.

4. Hülse gemäß Anspruch 1, wobei die kompressible Zwischenlage eine Härte von etwa 30 bis etwa 50 Shore aufweist.

5. Hülse gemäß Anspruch 1, wobei die starre äußere Röhre eine Wanddicke im Bereich von etwa 1 mm bis etwa 10 mm aufweist.

6. Hülse gemäß Anspruch 1, ferner versehen mit jeweils einem Metallring, der an jedem der axialen Enden der Hülse angeordnet ist, wobei die Metallringe ausgelegt und angeordnet sind, um eine radiale Ausdehnung der inneren Haut sowie eine radiale Kompression der Zwischenlage zu erlauben.

7. Hülse gemäß Anspruch 1, ferner versehen mit einer verstärkten Zwischenröhre, die zwischen der kompressiblen Lage und der starren äußeren Metallröhre angeordnet ist, einer inneren Röhre, welche die innere Haut bildet, sowie jeweils einem Metallring, welcher an jedem der axialen Enden der Hülse vorgesehen ist, wobei die Metallringe ausgelegt und angeordnet sind, um eine radiale Ausdehnung der inneren Haut sowie eine radiale Kompression der Zwischenlage zu erlauben, wobei die Metallringe radial zwischen der inneren und der äußeren Röhre angeordnet sind und wobei Radialspalte eine radiale Ausdehnung der inneren Röhre sowie eine radiale Kompression der Zwischenlage erlauben und zwischen den Metallringen und der inneren Röhre vorgesehen sind.

8. Verfahren zum Erzeugen einer Hülse zur Montage auf einem Dorn, um eine Flüssigkeitsübertragungswalze oder ähnliches zu bilden, wobei im Zuge des Verfahrens:

eine vorgefertigte Hülsenbaugruppe, die eine radial expandierbare innere Haut, die geeignet ist, Verschleiß und Abrasion während der Montage der Hülse auf dem Dorn und der Demontage der Hülse von dem Dorn zu widerstehen, sowie mindestens eine kompressible Zwischenlage aus nachgiebigem Kunststoffmaterial umfasst, bereitgestellt wird, und die vorgefertigte Hülsenbaugruppe innerhalb einer starren, selbsttragenden äußeren Metallröhre zum Schutz der Hülse befestigt wird.

9. Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei ferner die äußere Metallröhre mit einem Überzugsmaterial thermisch beschichtet wird, welches aus Keramikmaterialien und Metallkarbiden ausgewählt ist, und wobei der Überzug lasergraviert wird.

10. Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei ferner die Anordnung, welche die vorgefertigte Hülsenbaugruppe und die starre äußere Metallröhre, die daran befestigt ist, umfasst, auf einem Dorn montiert wird und die äußere Oberfläche der starren äußeren Metallröhre auf die gewünschte Größe und Konzentrizität bearbeitet wird.







IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com