用于制备或加工滚筒的方法、滚筒和滚筒功能层与流程

在很多工业设备如用于纸张制造或处理的机器中使用了大量的用于各种目的的滚筒。这些滚筒通常具有滚筒芯，该滚筒芯上施加一个或多个功能层。这些功能层例如在造纸机中与纸幅形成接触并且因此必须满足根据应用领域而定的对它们的物理性能或它们的表面性质的特定要求。在很多情况下，这些功能层还比滚筒体明显更快地磨损，因此必须在滚筒寿命期间定期地更新或替换。

对此，从现有技术如US 7,008,513 B2中已知用于将涂层材料均匀地施加在待涂覆的滚筒坯件的表面上的各种方法。

然而，在很多应用中在技术上有必要的是，功能层不具有一致的平滑面，而是必须包含通道、沟槽或孔的结构。为了实现这一点，根据目前的现有技术，使滚筒在涂覆后经历第二工艺步骤。在此通过技术如铣削或镗孔而使功能层设有所需结构。

然而，该现有技术在两个方面中有问题。一方面，为将功能层施加至滚筒上，需要两个工艺步骤。这导致加工时间延长并且此外关联着更高的费用。

另外，对于引入到功能层中的这些结构的类型是严重受限的，因为只能置入那些通过钻孔机或其他工具从外部从功能层去除的结构。然而从技术角度来说非常希望的是，还使用在功能层内部中延伸越过宽范围的隐藏结构，例如通道。

本发明要解决的技术问题因此在于，提供一种方法，用该方法能够在单独的制备步骤中制备具有近似任意结构的功能层，以及提供一种相应的滚筒功能层和相应的滚筒。

该技术问题通过按照权利要求特征部分的方法解决，关于滚筒通过根据权利要求15特征部分的实施方式解决，而关于功能层通过根据权利要求16特征部分的实施方式解决。另外该技术问题通过按照权利要求14所述的方法解决。对于按照权利要求1所述的方法所述的，尤其是权利要求1至13，也应当相应地适用于按照权利要求14所述的方法。根据本发明的滚筒和功能层应当相应地能够按照权利要求14所述的方法制备。

在本发明的范围内，“结构”被理解为凝固的和特别地预设的结构。“预设”意味着，该结构在很大程度上不是偶然地由于制造过程本身形成的，例如因为作为最后硬化该功能层的结果而导致了所制成的功能层的随机表面结构。在本发明的意义中，“结构”优选地是指引入到功能层中或由功能层形成的三维功能结构。这些结构例如可以是沟槽或孔洞，正如可以根据现有技术再在后加工步骤中通过镗孔或铣削等形成的那些。然而也可设想通道。这些结构则具有以下功能：它们或其限界壁例如可以用于引导(导出)介质。

换言之，这些预设的结构是成形地(即，增材式或叠加地)与功能层同时、尤其逐层地建造的。换言之，所制成的功能层同时限定这些结构的边界或者(部分或完全地)形成这些结构，而不需要额外的后加工步骤，例如减材式加工，例如通过切削加工如镗孔或铣削而进行的减材式加工。还可以说，所述预设结构同时用硬化所述涂布基质或整个功能层的最后步骤来完全由后者最终形成。

“所制成的功能层”是指针对应用意图来说的完成的功能层，该功能层已经包含所述结构并且为了制造这些结构基本不需要进一步的后加工步骤。

根据本发明的方法是用于制备或加工滚筒的方法，该滚筒适合在用于制造或处理纤维幅面的机器中使用。根据本发明的加工滚筒例如可理解为在已有的滚筒中更新一个或多个功能层。滚筒包括滚筒芯和至少一个功能层。然而，滚筒也可以包括具有相同或不同目的的功能层。另外可以规定，沿径向朝外观察，在滚筒芯和最里面的功能层之间和/或在两个功能层之间设置一个连接层。在此，该连接层例如可以是粘结层。

该方法包括将至少一个功能层施加至滚筒坯件上。

术语“滚筒坯件”在此是指在制造滚筒时的每个中间阶段，其上还被涂覆至少一个其他的功能层。

功能层的施加在根据本发明的方法中至少包括工艺步骤：

a)将涂布基质施加至滚筒坯件的表面上，其中，所述施加在至少半个滚筒宽度上，优选地在75％的滚筒宽度上,特别优选地在整个滚筒宽度上同时进行,

b)硬化整个所施加的涂布基质或所述涂布基质的部分以形成凝固的结构。

在此，特别地要强调两个方面。一方面，宽范围地涂覆所述涂布介质。在根据现有技术的方法中，用宽度为滚筒的一部分的喷嘴或类似物施加涂布介质。随后通过移动该喷嘴和连续地施加涂布介质来覆盖滚筒表面。在根据本发明的方法中，将涂布介质同时涂覆在整个滚筒宽度或至少半个滚筒宽度上。

另一方面，在步骤b)中规定了如下可能性，即，将整个涂布基质或仅其中的部分硬化成凝固的结构。这允许了制造过程中的高度灵活性。

有利的实施方式在从属权利要求中描述。

涂布基质是指这样的材料，该材料在通过硬化工艺步骤而经历了其结构的改变之后形成了功能层的单独或基本部分。

在该方法的有利实施方式中，涂布基质包括粉末或液体。对于涂布基质的粉末，“硬化”在本申请的范围内应理解为转变成固态的在很大程度上均匀的层。作为这样的硬化方法的实例，在这一点上应提及的是烧结、特别地激光烧结。

大量的材料可用作涂布基质。特别有利的情形是，涂布基质包括塑料和/或金属。在该方法的有利实施方式中，作为塑料例如可使用聚氨酯(PU)、聚酰胺(PA)、聚醚醚酮(PEEK)、橡胶类弹性体。还可以使用特殊组合的材料如铝填充的PA，碳填充的PA或玻纤填充的PA。另外，例如环氧树脂还优良地适合作为液态涂布基质。

在特别有利的实施方式中，涂布基质的施加可以通过将滚筒坯件浸入到填充有涂布基质的储备体积空间、例如池或盆中进行。滚筒坯件在此优选地绕滚筒轴可转动地支承。通过转动滚筒坯件可以实现的是，滚筒坯件的整个表面依次地与涂布基质形成接触。

在该方法的优选实施方式中，涂布基质通过静电吸引力粘附在滚筒坯件上。

在另一有利实施方式中可规定，以一个或多个层相叠地涂覆该涂布基质，其中后一层涂布基质的涂覆在前一层的完全或部分凝固的结构上进行。功能层进而可由多个层的涂布衬底构建。因此通过逐层构建所述功能层还可以在功能层的整个厚度上改变功能层的特性，方式是要么使各个层中的涂布基质不同地硬化，要么在所有或几个层中使用不同的涂布基质。

在有利的实施方式中，所施加的涂布基质层的厚度可以借助刮刀调节，沿滚筒的转动方向观察，该刮刀布设在滚筒的施加之后但是在涂布基质的硬化之前。通过该刮刀去除过量的被粘附在滚筒上的涂布基质，并且仅硬化限定厚度的层。

在该方法的另一根据本发明的变型方案中，可以在逐层构建所述功能层的过程中使未硬化的涂布基质的区域完全或部分地被其后一层的已硬化的涂布基质的区域覆盖。

在非常特别优选的实施方式中，根据本发明的方法具有其中再次去除在工艺步骤b)中未硬化的涂布基质的工艺步骤。以该方式例如能够在施加功能层期间就已经将优选的三维功能结构置入功能层中。这些功能结构例如可以是槽或孔，正如可以按照现有技术再在后加工步骤中通过镗孔或铣削等产生的那样。另外，在本发明的其他有利实施方式中，还可以产生那些用常规方法不能实现的三维功能结构，例如在功能层内部中延伸越过宽范围的通道。这例如能够如下实现：使后来应当形成通道的未硬化的涂布基质的区域完全或部分地被后一层的经凝固的结构覆盖，并且此后去除所述未硬化的涂布基质。

在该方法的优选实施方式中，涂布基质的硬化过程完全或部分地通过用光、优选激光照射进行。在使用粉末状涂布基质的情况下，特别优选的方法是激光烧结，特别地选择性激光烧结(SLS)。

为了硬化所述滚筒表面的整个宽度，可以使用一个或多个激光，并且必要时横跨整个滚筒宽度地引入这些激光。

在该方法的优选实施方式中，该硬化的扩展可以通过计算机系统进行。由此可以控制哪些涂布基质区域应当被硬化，而哪些区域不应当硬化。在特别有利的实施方式中，所需的控制信息完全或部分地从CAD系统中接收。

在该方法的另一优选实施方式中，功能层的厚度在制造或加工结束时大于6mm，优选地大于10mm，特别优选地为10mm至20mm。

本发明的另一独立的方面是滚筒，其适合在用于制备或处理纤维幅面的机器中使用，该滚筒借助本发明的方法制备或加工。

本发明的另一独立的方面是滚筒功能层，其适合在用于制备或处理纤维幅面的机器中使用，该滚筒功能层借助本发明的方法制备或加工。

接下来在不限制一般性的前提下借助附图更详细地阐述本发明。其中：

图1示出了在借助本发明一方法的加工时不按比例的示例性滚筒剖面图。

图2示出了在借助本发明另一方法的加工时不按比例的示例性滚筒剖面图。

图3是图2的技术方案的扩展方式。

图1示出了滚筒1的横截面，其中滚筒芯2设有功能层3。在此，将可转动式支承的滚筒1以其整个宽度浸入到填充有涂布基质4的储备体积空间6中。在图1示出的实施例中，涂布基质为粉末，优选地金属粉末或塑料粉末。该涂布基质4在这里通过静电力粘附在滚筒坯件上。通过浸入到储备体积空间6中，很大程度上不限定的量的涂布基质4粘附在滚筒坯件上。将其沿滚筒1的转动方向朝前输送。借助刮刀7可将多余的涂布基质4刮掉，并且进一步输送准确限定的涂布基质4层。多余的涂布基质4优选地可再次供入到储备体积空间6中。该层沿滚筒转动方向进一步输送并且随后借助激光5a硬化。优选地，通过选择性激光烧结的工艺来实现。选择性在此是指，不是将整个涂布基质4都烧结并且进而硬化。相反，可借助计算机控制来产生几乎任意图案的经硬化的涂布基质4a和未硬化的涂布基质4b。为了使滚筒表面的整个宽度都硬化，可以使用一个或多个激光，并且横跨滚筒的整个宽度地引入这些激光。

所述施加和硬化一层涂布基质4的该工艺在原则上可以重复任意多次，直到实现功能层3的所希望的厚度。优选地，制成的功能层3的厚度大于6mm,特别优选地大于10mm,非常特别优选地为10mm至20mm。在涂布基质4的逐层施加和硬化的过程中可以使未硬化的涂布基质4a的区域完全或部分地被后一层的已硬化的涂布基质4b的区域完全或部分地覆盖。

在另一工艺步骤中从功能层3去除未硬化的涂布基质4a(这里确切地说，粉末)。由此在功能层中形成空腔。对于这些空腔的数目和形状，在根据本发明的方法中几乎完全自由。还可以这样实现复杂的图案以及例如通道(所述通道很大程度上在功能层3内部延伸)。用于描述所述空腔的三维功能结构的数据可以在控制器的计算机系统中读取，例如从CAD系统中。

图2也示出了滚筒1的横截面，其中滚筒芯2设有功能层3。这里也将可转动式支承的滚筒1在其整个宽度上浸入到填充有涂布基质4的储备体积空间6内。在图2所示的方法中，涂布基质4由液体，优选地由液态塑料组成。可建议的是，所述塑料是聚氨酯或者橡胶或其他聚合物。该方法尤其在原则上正是如同关于图1已描述的那样进行。刮刀7将多余的涂布基质4的液体刮下，该液体优选地重新供入到储备体积空间6中。再次通过照射，例如用激光5照射进行涂布基质的硬化。在所述方法的该实施方式中也可以再次由多个相叠地施加的涂布基质4的层获得功能层3。甚至在根据本发明的方法的该实施方式中也再次去除未硬化的液态涂布基质4a，由此在功能层3中形成空腔。另外，关于三维空腔结构的描述当然也适用于图1的情形。

图3示出了图2的技术方案的扩展方式，因此关于图2的描述也适用。该图示在这里是纯示意性的并且因此不按比例示出。正如图2所示，储备体积空间6具有底部和与该底部相连的壁以容纳涂布基质4。另外，在这些图中所示的涂布基质4的相对于储备体积空间6底部的水位高度还可以选成更大，使得滚筒1比所示出的更深地浸入到储备体积空间6中。

在此，用于硬化涂布基质4的设备这样布设，使得作为图2中的布局的补充或替代，所述照射(例如借助激光的照射)穿过液态涂布基质4进行。也就是说，照射路径延伸穿过涂布基质4。相应地可以这样构建涂布基质4，使得允许这样至少部分地透射穿过该涂布基质4。所示出的用于硬化涂布基质4的设备如激光束源可以布设在储备体积空间6之外、之下或之内。如果设置两个激光束，则它们可以由同一设备产生。

另外，储备体积空间6的底部和滚筒1的径向最外部的表面之间的间距以这样方式选择，使得该间距基本上相当于所施加的涂布基质4层的厚度(沿滚筒1径向观察)。这里基本上是指，该厚度也可以大于间距s。间距s还可以不断地调节，尤其是能够连续追踪的并且优选地在滚筒1的制造工艺期间保持不变。为此，滚筒1可以沿着所示出的显示平面、相对于储备体积空间移动，尤其(除了其绕着自身轴线的转动移动以外)仅能够平移式移动。间距s还可以是所述元件之间的最小距离并且优选平行地延伸或沿着垂直于储备体积空间6底部的垂直线延伸。

照射穿过涂布基质4的激光束还可以这样聚焦，使得其在间距s的范围内，即在要制备的层的厚度的范围内，撞击在涂布基质4中。