Aus einer Prägewalze und einer Gegenwalze bestehendes Walzenpaar für Kalander zum Prägen durchlaufender Warenbahnen und Verfahren zur Herstellung der Walzen Die Erfindung betrifft ein aus einer Prägewalze und einer Gegenwalze bestehendes Walzenpaar für Ka- lander zum Prägen durchlaufender Warenbahnen, wo bei mindestens die Prägewalze ein eingeprägtes Muster trägt und die Gegenwalze mit einem elastisch nach giebigen Mantel versehen ist, und ein Verfahren zur Herstellung der Walzen für solche Walzenpaare.
Bei den bekannten Kalandern zum Prägen durchlaufender Warenbahnen verwendet man bis heute Prägewalzen, deren Mantel aus Stahl oder einem ähnlichen Hartmetall besteht. Für den Mantel der Gegenwalze verwendet man hingegen 'einen weicheren, vorzugsweise etwas elastisch nachgiebigen Werkstoff, z. B. Gummi, gepresstes Fasermaterial, Kunststoff und dgl. Je. nach der Art des.
Präge musters und der Beschaffenheit der durchlaufenden Warenbahn nimmt man eine Gegenwalze mit glatter Mantelfläche oder aber mit einer Mantelfläche, die das Negativ des Musters der Prägewalze aufweist. Dieses Negativmuster wird üblicherweise durch Ein rollen des Musters der Prägewalze in den Mantel der Gegenwalze erzeugt.
Der Einfachheit halber werden im folgenden die vorerwähnten Kalander als Prägekaland'er, die Mu sterung der Prägewalze als Positiv sowie eine Ge genwalze mit glatter Mantelfläche als glatte und eine Gegenwalze, deren Mantelfläche das Negativ der Musterung der Prägewalze aufweist, als gemusterte Gegenwalze bezeichnet.
Um mit einer metallischen Prägewalze saubere und klare Prägungen in der durchlaufenden Waren bahn zu erzielen, muss man in vielen Fällen eine glatte Gegenwalze verwenden. Während des Präge- vorganges drückt sich dann das Muster der Präge walze laufend in denjenigen Teil des Gegenwalzen- mantels ein, welcher der Prägewalze gerade gegen überliegt. Dazu ist ein entsprechend hoher Präge druck erforderlich. Durch den Prägedruck werden die Prägewalze und die Gegenwalze an ihren Lauf zapfen auf Biegung beansprucht.
Bei der Gegen walze nimmt der elastisch nachgiebige Mantel einen Teil des Prägedruckes in sich auf, wodurch die Lauf zapfen dieser Walze entsprechend von Biegungskräf- ten entlastet werden. Der starre metallische Mantel der Prägewalze aber überträgt den Prägedruck in voller Höhe über den Walzenkern auf die Lauf zapfen dieser Walze. Die Prägewalze. muss daher ent sprechend stabil ausgeführt sein und aus diesem Grunde einen verhältnismässig grossen Durchmesser erhalten.
Da sich der von den Laufzapfen der Präge walze in voller Höhe aufgenommene Prägedruck auf das Kalandergestell überträgt, muss auch dieses stabil und schwer ausgeführt sein. Man hat versucht, die Lagerung der Prägewalze und das Kalandergestell dadurch teilweise von der Aufnahme des bisher er forderlichen hohen Prägedruckes zu entlasten, d'ass die Prägewalze als sogenannte schwimmende Walze ausgeführt wird.
Darunter versteht man eine Walze, bei der zwischen dem Walzenmantel und dem Wal zenkern ein mit einem Medium, das heisst einem Gas oder einer Flüssigkeit, gefüllter Hohlraum vorhan den ist. Das Medium überträgt die vom Walzen mantel aufgenommenen äusseren Druckkräfte auf den Walzenkern und lässt eine Durchbiegung des Walzen kerns zu, ohne dass der Walzenmantel auf Biegung beansprucht wird.
Die bekannten Konstruktionen schwimmender Walzen erfordern, abgesehen davon, dass sie sich bisher bei Prägekalandern kaum ein geführt haben, einen verhältnismässig grossen Walzen durchmesser.
Mit steigendem Walzendurchmesser verringert sich die Krümmung der Mantelfläche entsprechend. Dadurch geht die theoretische Linienberührung der betreffenden Kalanderwalze mit der durchlaufenden Warenbahn in eine mehr oder weniger grosse Flächen berührung über.
Zum Prägen jeder Warenbahn ist eine ganz bestimmte spezifische Flächenpressung er forderlich, die von der Beschaffenheit der Warenbahn und der Art des Prägemusters abhängt. Bei Flächen- berührung der Prägewalze mit der Warenbahn muss ein Prägedruck aufgebracht werden, der dem Produkt aus der spezifischen Flächenpressung und der Be- rührungsfläche der Prägewalze mit der Warenbahn entspricht.
Bei Ausbildung der Prägewalze als schwimmende Walze ist wegen des verhältnismässig grossen Walzendurchmessers ein sehr hoher Präge druck erforderlich. Der von den Laufzapfen der schwimmenden Prägewalze auf das Kalandergestell übertragene Teilbetrag des Prägedruckes ist demzu folge immer noch sehr erheblich und bedingt eine entsprechend schwere Kalanderausführung.
Es liegt auf der Hand, d'ass man mit wesentlich geringeren Prägedrucken bei sonst unveränderten Bedingungen arbeiten kann, wenn die Prägewalze von der vorerwähnten Verformungsarbeit der glatten Gegenwalze entlastet wird, wenn man also eine ge- musterte Gegenwalze verwendet. Dieser Ausweg ist aber vielfach nicht möglich, weil sich bei Verwen dung einer metallischen Prägewalze mit starrer Man telfläche das Prägemuster nur unter Benutzung einer glatten Gegenwalze einwandfrei in die durchlaufende Warenbahn einprägen lässt.
Es wurde nun gefunden, dass man jede in Be tracht kommende Warenbahn mit Hilfe einer Präge walze, welche die gleichen Abmessungen und das gleiche Prägemuster aufweist wie eine Prägewalze mit metallischem Mantel, aber einen Mantel aus einem geeigneten Kunststoff hat, schon bei wesentlich ge ringeren Prägedrucken als bisher sauber und klar ausprägen kann. Unter einem geeigneten Kunststoff ist ein solcher zu verstehen, der einerseits eine ge wisse elastische Nachgiebigkeit aufweist und ander seits unter dem Einfluss des Prägedruckes nicht blei bend verformt wird;
sowie bei Heissprägungen gegen über dem Einfluss der Prägetemperatur ,standfest bleibt. Diese Bedingungen erfüllen zahlreiche handels übliche Kunststoffe, z. B. Polymerisate von Vinyl- chlorid mit oder ohne Zusatz von Weichmachern, Si'licon-Kautschuk und dgl.
Es hat sich ferner folgendes herausgestellt: Die meisten Warenbahnen, die man bisher nur mit einer metallischen Prägewalze unter gleichzeitiger Verwen dung einer glatten Gegenwalze sauber ausprägen konnte, lassen sich einwandfrei auch mit einer ge musterten Gegenwalze prägen, wenn der Mantel der Prägewalze aus einem geeigneten Kunststoff besteht. Das ermöglicht in allen diesen Fällen eine ganz wesentlich weitere Herabsetzung des Prägedruckes.
Der Prägekalander, der eine Walze mit einem Mantel aus geeignetem Kunststoff und vorzugsweise eine gemusterte Gegenwalze aufweist, kann aus den vorerwähnten Gründen mit einem kleinen Bruchteil desjenigen Prägedruckes arbeiten, der bisher bei Ver wendung einer metallischen Prägewalze notwendig war. Infolgedessen kann der Prägekalander in allen Teilen wesentlich leichter ausgeführt sein. Bei der Prägewalze wirkt sich dies besonders vorteilhaft aus, weil sie schon bei verhältnismässig kleinem Durch messer den geringen Prägedruck ohne die Gefahr einer Durchbiegung aufzunehmen vermag.
Ebenso wie bisher nur bei der Gegenwalze wird nunmehr auch bei der Prägewalze ein Teil des Prägedruckes von dem elastisch nachgiebigen Walzenmantel auf genommen. Der vergleichsweise kleine Durchmesser der Prägewalze gewährleistet weitgehend eine Li nienberührung dieser Walze mit der durchlaufen den Warenbahn. Man kommt daher beim beschrie benen Kalander mit einem Prägedruck aus, der nur wenig grösser als die vorerwähnte spezifische Flächen pressung ist.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, dass der elastisch nachgiebige Kunststoffmantel der Prägewalze viel unempfindlicher gegen Stösse und Schläge ist als der starre Mantel einer metallischen Prägewalze. Eingehende Versuche haben weiterhin ergeben, d'ass insbesondere scharfkantige Prägemuster, die an metallischen Prägewalzen verhältnismässig schnell verschleissen und dann in kostspieliger Weise von Hand nachgearbeitet werden müssen,
bei Ver wendung eines elastisch nachgiebigen Kunststoff mantels für die Prägewalze beträchtlich längere Zeit ihre Konturen unverändert beibehalten.
Die vorgenannten Vorteile erzielt man schon bei der üblichen Ausführung der Prägewalze und der Gegenwalze in der Weise, dass jede dieser Walzen aus einem biegungssteifen vollen oder hohlen Wal zenkern und einem starr damit verbundenen Mantel besteht.
Selbstverständlich kann aber beim Kalander die Prägewalze und/oder die Gegenwalze in be kannter Weise auch als schwimmende Walze aus gebildet sein. In diesem Falle wird zweckmässig der aus einem elastisch nachgiebigen Werkstoff beste hende Mantel der schwimmenden Walze durch in diesen Werkstoff eingebettete Metalleinlagen und/ oder durch Aufziehen auf ein Metallrohr versteift.
Das Gravieren des Kunststoffmantels der Präge walze kann in der üblichen Weise in Handarbeit, im Molettier- oder Ätzverfahren oder auf galvano- plastischem Wege vorgenommen werden. In allen Fällen lässt es sich mit einem geringeren Arbeits- und Kostenaufwand durchführen als bei einer metalli schen Prägewalze. Auch darin liegt ein grosser Vor teil.
Bei Verwendung einer gemusterten Gegenwalze, was vorteilhafterweise nunmehr bei den meisten der in Betracht kommenden Warenbahnen möglich ist, kann die Musterung der Gegenwalze ohne wei- teres in der üblichen Weise durch Einrollen des Musters der Prägewalze erzeugt werden.
Die Herstellung der zum Prägen dienenden Wal zen lässt sich in folgender Weise gegenüber den bis her üblichen Herstellungsverfahren weitgehend ver einfachen. Wenn eine gemusterte Gegenwalze oder ein entsprechendes Walzenmodell vorhanden ist, kann man die Musterung dieses Werkstückes ohne weiteres in den hinreichend plastifizierten Kunststoffmantel der Prägewalze einrollen. Hierbei ist selbstverständlich Voraussetzung, dass die betreffende Kunststoffmasse sich nach dem Einrollen des Musters aushärten lässt, ohne dass sich dabei das eingerollte Muster ver zieht oder beschädigt wird.
Bei Serienfertigung von Prägewalzen muss man aber mit einem Verschleiss des betreffenden Werkstückes rechnen. Um eine dann erforderliche Neuanfertigung des Werkstückes zu vermeiden, kann auch das nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläuterte Herstellungsverfahren angewandt werden. Das Verfahren zur Herstellung der Walzen geht von einem in natürlicher Grösse der Prägewalze gehaltenen und das gleiche positive Muster wie die Prägewalze aufweisenden Walzen modell aus.
Wenn schon eine Prägewalze aus einer früheren Fertigung vorhanden ist, kann diese ohne* weiteres als Modell benutzt werden. Sonst kann man ein verhältnismässig billig und leicht anzufertigendes Walzenmodell verwenden, das zweckmässig aus Gips, Holz oder einem anderen leicht zu bearbeitenden Werkstoff besteht.
Das Verfahren besteht darin, dass auf ein kongruentes Modell der herzustellenden Walze, welches das Prägemuster trägt, ein pasten- artiger Kunststoff, der nach dem Erstarren elastisch dehnbar bleibt, aufgetragen und zum Erstarren ge bracht, dann das so entstandene nahtlose Schlauch modell unter elastischer Dehnung vom Walzenmodell abgezogen und mit einem härtbaren Kunststoff gefüllt und nach dessen Aushärtung der Schlauch wieder unter elastischer Dehnung abgezogen wird, wobei der ausgehärtete Kunststoff den Mantel der mit dem Prägemuster versehenen Walze bildet.
Als Schlauchwerkstoff kommen vorzugsweise handels- übliche härtbare Kunststoffe in Betracht.
Zweckmässig wird vor dem Einfüllen dieser Kunststoffmasse ein Kern zentrisch in das Schlauch modell eingelegt, der als Träger des Walzenmantels dient bzw. der bei der Ausbildung der Walze als schwimmende Walze als rohrförmiger Kern ausge bildet ist. der Walzenkern braucht nur an seinem Laufzapfen bearbeitet zu sein, während sein den spä teren Kunststoffmantel tragender Mittelteil unbear beitet bleibt. Der Mittelteil hat dann eine verhältnis mässig rauhe Oberfläche, an welcher die Kunststoff masse gut haftet, und kann ausserdem auch poly gonal, z.
B. als Vierkant, ausgebildet sein, um einen sicheren Sitz des Kunststoffmantels zu gewährleisten. Nach dem Aushärten der Kunststoffmasse, die auf ihrer zylindrischen Mantelfläche das positive Präge muster aufweist, wird das elastisch nachgiebige Schlauchmodell als Ganzes abgezogen und kann bis zum Verschleiss zur Fertigung weiterer Prägewalzen benutzt werden.
Da das Walzenmodell bei der Anfertigung eines Schlauchmodells mechanisch nicht beansprucht =wird, kann man von einem einzigen Walzenmodell eine grössere Anzahl von Schlauchmodellen und, mit Hilfe dieser Schlauchmodelle Hunderte von Prägewalzen ohne jede mechanische Bearbeitung des Walzen mantels herstellen.
Bei Ausbildung der Prägewalze als schwimmende Walze wird an Stelle des Walzen kerns ein den späteren Kunststoffmantel tragendes Rohrstück in das Schlauchmodell eingelegt und dann die Kunststoffmasse in den zylindrischen Hohlraum zwischen diesen beiden Teilen eingefüllt.
Um das elastisch dehnbare Schlauchmodell beim Einfüllen der Kunststoffmasse, das durch Einschüt ten, Einstreichen, Einspritzen oder Einschleudern er folgen kann, gegen Ausweiten zu schützen, wird es vorher in eine genau passende starre Zylinderform gesteckt. Hierfür muss selbstverständlich die Schlauch aussenseite entsprechend zylindrisch bearbeitet sein. Die Zeichnung zeigt -beispielsweise eine derartige, besonders zweckmässig ausgebildete Zylinderform.
Ein kräftiges, biegungssteifes Mantelrohr 1 trägt angeschweisste Endflanschen 2 und 3, an denen je ein Deckel 4 bzw. 5 abnehmbar zu befestigen ist, was z. B. mit Hilfe von Flügelschrauben 6 geschehen kann. Der untere Endflansch 2 und der obere Deckel 4 weisen auf ihrer Innenseite je einen Ringvorsprung 7 auf.
Zwischen diesen beiden Ringvorsprüngen ist ein zylindrischer und biegungssteifer Siebmantel 8 zentrisch eingepasst, der zwischen sich und dem Mantelrohr 1 einen zylindrischen Ringraum 9 frei lässt. Durch einen am Mantelrohr 1 vorgesehenen absperrbaren Stutzen 10 kann der Ringraum 9 wech selweise an eine Vakuumleitung und an eine ein gasförmiges oder tropfbar flüssiges Heiz- oder Kühl- medium. führende Leitung angeschlossen werden.
Jeder der Deckel 4 und 5 weist einen absperrbaren Anschlussstutzen 12 bzw. 14 auf, die in den Innen raum des Siebmantels 8 einmünden.
Nach Abnehmen des Deckels 4 wird ein in der vorbeschriebenen Weise hergestelltes Schlauchmodell 11 eingelegt und dann der Deckel 4 wieder fest geschraubt. Nunmehr wird der Ringraum 9 über den Stutzen 10 an die vorerwähnte Vakuumleitung ange schlossen und dadurch der elastisch nachgiebige Schlauch 11 mit seiner glatten zylindrischen Aussen fläche satt an die zylindrische Innenfläche des Siebmantels 8 angesaugt..
Man kann selbstverständ lich auch mit Hilfe der Stutzen 12 und 14 ein unter Überdruck stehendes hydraulisches Medium in den Innenraum 13 des Schlauches 11 einführen und da durch diesen Schlauch von innen her an den Sieb mantel 8 andrücken.
Die Deckel 4 und 5 weisen zweckmässig zentrale Bohrungen auf, durch die ein Walzenkern 15, vor zugsweise der Kern der herzustellenden Prägewalze, in den Innenraum 13 einzuführen ist.
Sodann wird durch den Stutzen 14 eine geeignete härtbare Kunst- stoffmasse in den freibleibenden Teil des Innen raumes 13 eingefüllt. Dabei kann die im Innenraum 13 befindliche Luft oder das vorher in diesen Raum eingeführte hydraulische Medium durch den Stutzen 12 entweichen.
Nachdem der freie Teil des Innenraumes 13 voll ständig mit Kunststoffmasse ausgefüllt ist, wird der Stutzen 14 abgesperrt und in den Ringraum 9 ein zum Aushärten der Kunststoffmasse dienendes Heiz- oder Kühlmedium durch den Stutzen 10 eingeführt, je nachdem, ob die Kunststoffmasse durch Erhitzung oder durch Abkühlung auszuhärten ist.
Nach Aus härtung der Kunststoffmasse und Absperren des An schlusses 10 wird der obere Deckel 4 abgenommen, und das innerhalb des Siebmantels 8 befindliche Werkstück als Ganzes nach oben herausgezogen. Dieses Werkstück besteht aus der fertigen Prägewalze und dem ihre Mantelfläche umschliessenden Schlauch modell 11, das nur noch von der Prägewalze abge zogen zu werden braucht.
Damit ist eine Prägewalze ohne jede Gravierung ihrer Mantelfläche auf mechanischem oder galvano- plastischem Wege oder durch Einätzen der Gravie rung fertiggestellt. Das positive Muster der Präge walze wird vielmehr nur durch Aushärten der in den Innenraum 13 des Schlauchmodells eingeführten härtbaren Kunststoffmasse von dem Negativmuster des Schlauchmodells abgenommen,
das seinerseits durch einfaches Aushärten des Schlauchwerkstoffes von dem vorerwähnten Walzenmodell mit positiver Prägemusterung abgenommen worden war. Das Her stellungsverfahren lässt sich demzufolge ohne Ver wendung von geschulten Facharbeitern durchführen.
Das Schlauchmodell 11 kann ohne weiteres auch zur Herstellung einer gemusterten Gegenwalze be nutzt werden. In diesem Falle wird in den Innenraum 13 des Schlauchmodells 11 an Stelle des Kerns 15 eine mit Zentnerzapfen versehene Trommel eingelegt, deren Zentnerzapfen in die zentralen Bohrungen der Deckel 4 und 5 passen.
Die Trommel hat einen sol chen Durchmesser, dass zwischen ihr und der das Prägemuster aufweisenden Innenfläche des Schlauch modells nur ein verhältnismässig schmaler zylindri- scher Hohlraum freibleibt. In diesen Hohlraum wird durch den Stutzen 14 eine härtbare Masse eingefüllt, die in ähnlicher Weise wie der Werkstoff des Schlauchmodells 11 nach dem Aushärten noch hin- reichend elastisch dehnbar bleibt.
Nach Aushärten dieser Masse erhält man ein zweites Schlauchmodell, das auf seiner Aussenfläche die gleiche Musterung trägt wie das Walzenmodell. Das durch Entfernen der Trommel und des ersten Schlauchmodells freigelegte zweite Schlauchmodell wird umgestülpt, so dass seine Prägemusterung nach innen zu liegen kommt.
Nach Einlegen in den Sieb mantel 8 und Erzeugen eines Vakuums im Ringraum 9 wird das zweite Schlauchmodell satt an den Sieb mantel angesaugt und dabei in radialer Richtung all seitig so weit gedehnt, dass sein Innenraum den Ab messungen der Gegenwalze entspricht. Die Gegen- walze selbst kann dann mit Hilfe des zweiten Schlauchmodells in der gleichen Weise gefertigt wer den wie die Prägewalze mit Hilfe des Schlauch modells 11.
Die Prägewalze und die gemusterte Gegenwalze erhalten zweckmässig einen möglichst kleinen Durch messer, damit sie angenähert in Linienberührung auf die durchlaufende Warenbahn einwirken. Sie werden in der üblichen Weise in ihrem Achsenabstand von einander im Prägekalander so eingestellt, dass man unter Berücksichtigung der Dicke der Warenbahn gerade den Prägedruck erhält, der zum Verformen des Materials der Warenbahn erforderlich ist.
Die besonders einfache Herstellung einer mit einem Prägemuster versehenen Kalanderwalze nach dem vorbeschriebenen Verfahren ermöglicht es, in wirtschaftlicher Weise als Gegenwalze eine solche zu benutzen, die ein vom Negativ des Musters der Prägewalze unterschiedliches Muster aufweist.
In diesem Fall fertigt man die Gegenwalze als be sondere Prügewalze mit Hilfe eines entsprechenden Walzenmodells und Schlauchmodells 11. Selbstver- ständliche Voraussetzung ist, dass die Gesamttiefe der Prägemusterungen beider Walzen höchstens der Dicke der Warenbahn gleichkommt. Mit Hilfe der beiden so ausgeführten Kalanderwalzen kann man die durchlaufende Warenbahn gleichzeitig auf beiden Seiten mit unterschiedlichen Prägungen versehen.
Beim Herstellen einer gemusterten Kalander- walze muss darauf geachtet werden, dass beim Ein füllen der härtbaren Masse in das betreffende Schlauchmodell sich zwischen diesem und der Masse sowie innerhalb der Masse keine Blasen bilden. Zu diesem Zweck kann man die härtbare Masse unter überdruck einfüllen und'oder sie während des Ein füllens oder nachher durch Rütteln verdichten.
Für bestimmte Verwendungszwecke des Prägekalanders kann man gegebenenfalls für den Mantel der Präge walze auch eine härtbare Masse verwenden, die nach dem Aushürten mehr oder weniger starr ist, z. B. Steinzement und dgl. In der Regel aber kommt als härtbare Masse eine geeignete Kunststoffmasse in Betracht, die nach dem Aushärten eine gewisse ela stische Nachgiebigkeit aufweist.