CH682893A5 - Walze und Kunststoffolien-Giessanlage mit einer Walze. - Google Patents

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Description

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Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Walze mit einem drehfesten Träger und einem um diesen rotierbaren, mit wenigstens einem in einer Pressebene eine Stützkraft ausübenden Stützelement gegenüber dem Träger abgestützten Waizenmantei, welcher aus mehreren konzentrischen Zonen unterschiedlichen Materials aufgebaut ist, sowie eine Kunststoffolien-Giessanlage mit einer solchen Walze.
Solche mit Stützelementen steuerbarer Stützkraft ausgerüsteten sogenannten Durchbiegungseinstellwalzen mit einem mehrschichtigen Walzenmantel sind beispielsweise aus DE 3 525 950 bekannt. Hierbei haben die einzelnen Schichten des Walzenmantels unterschiedliche physikalische, insbesondere thermische Eigenschaften, so dass diese Walzen zur thermischen Behandlung einer Warenbahn geeignet sind. Andererseits ist die Verwendung von Durchbiegungseinstellwalzen für Kunststoffolien-Giessaniagen z.B. aus DE 3 300 251 bekannt. Hierbei wird die fliessfähige Kunststoffmasse zwischen zwei Walzen geleitet und während der Erstarrung vermittels der regelbaren Stützkraft der Stützelemente der als Durchbiegungseinstellwalze ausgebildeten Walze auf ein vorgesehenes Dickenprofil geregelt. Für bestimmte Kunststoffe, welche einen relativ plötzlichen Übergang zwischen dem fliessfähi-gen und dem festen Zustand in einem engen Temperaturbereich zeigen, sind solche Durchbiegungseinstellwalzen mit Walzenmänteln bekannter Art jedoch nur schlecht geeignet. Einerseits muss bei solchen schnell erstarrenden Kunststoffen, z.B. Polyaethylen, der Press- und Dickenregelvorgang zu einem genau bestimmten Zeitpunkt bei möglichst exakter Temperatur stattfinden, was bei thermoplastischen Kunststoffen mit einem grösseren Erstarrungsbereich nicht in dem Masse erforderlich ist, und andererseits neigen schnell erstarrende Kunststoffe während des Erstarrungsvorganges zum Ankleben an die üblichen Walzenoberflächen.
Die Erfindung setzt sich die Aufgabe, die vorstehend erwähnten Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und insbesondere eine Walze mit steuerbarer Stützkraft zu schaffen, welche insbesondere für die Herstellung von Kunststoffolien aus schnell erstarrenden Kunststoffen geeignet ist, welche eine Stützkraftregelung bei Einhaltung engerer Temperaturtoieranzen gestattet, wobei ein Ankleben des erstarrenden Kunststoffes an die Walzenoberfläche vermieden wird.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Walzenmantel eine innere Zone mit gummiweicher Elastizität, sowie wenigstens eine äussere dünne metallische Zone mit guter thermischer Leitfähigkeit und fester glatter Oberfläche aufweist, welche mittels einer sich über wenigstens einen Teil der Walzenoberfläche erstreckenden Kühlvorrichtung auf eine vorgegebene Temperatur kühlbar ist.
Vorzugsweise besteht die äusserste Zone aus einem Metall mit spiegelglatter und hochglänzender Oberfläche, mit welcher ein Ankleben des Kunststoffes mit grösserer Sicherheit verhindert werden kann.
Mit Vorteil ist eine Zone mit möglichst grosser thermischer Leitfähigkeit vorgesehen. Dabei kann es sich um die äusserste hochglänzende Zone selbst handeln, oder um eine unmittelbar unter dieser Hochglanzschicht liegende Zone aus anderem Material mit höherer thermischer Leitfähigkeit, z.B. Kupfer oder Silber, an welche sich innen die dickere Zone aus einem gummielastischen Elastomer anschliesst.
Diese gummielastische Zone kann entweder die innerste Schicht darstellen, bei Verwendung bestimmter Stützelement-Typen, z.B. von hydrostatischen Stützelementen, ist es jedoch zweckmässig, als innerste Zone innerhalb der gummielastischen Zone zusätzliche dünne feste Laufflächen, z.B. aus Metall, für die Lagerflächen der Stützelemente vorzusehen.
Die Kühlvorrichtung kann beispielsweise als von aussen wirkende Fluid-Kühlvorrichtung, beispielsweise mit Kühlgas-Düsen versehen ausgebildet sein und mit einer geeigneten Temperaturregelvorrichtung zusammenarbeiten.
Die Erfindung wird anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Walze im horizontalen Axialschnitt, und
Fig. 2 eine Walze gemäss Fig. 1 in einer Folien-giessanlage im Radialschnitt.
Bei der in den Figuren dargestellten Anordnung wirkt eine Durchbiegungseinstellwalze 1 mit einer Gegenwalze 2 zusammen, die als konventionelle Massiv- oder Hohlwalze ausgebildet sein kann, oder aber ebenfalls als Durchbiegungseinstellwalze. Aus einem Extruder 3 strömt fliessfähige Kunststoffmasse 4 in den Spalt 5 zwischen den Walzen 1 und 2 und erstarrt dort zu einer Kunststoffolie 6, die über eine Umlenkrolle 7 abgeführt wird.
Die Durchbiegungseinstellwalze 1 weist einen Träger 8 auf, welcher in einem Gerüst 9 drehfest, jedoch in beschränktem Masse schwenkbar gelagert ist, wie im Detail beispielsweise aus US 3 802 044 oder 3 885 283 bekannt. Ein Walzenmantel 10 ist gegen den Träger mit einer Reihe von Stützelementen 11 abgestützt und um den Träger 8 rotierbar. Bei den Stützelementen 11 kann es sich, wie beispielsweise aus US 3 802 044 bekannt, um hydrostatische Stützelemente handeln, welche in einer mit hydraulischem Druckmittel versorgten Zylinderführung 12 im Träger 8 in Stützrichtung verschiebbar sind und an ihrer Vorderseite eine hydrostatische Lagerfläche 13 aufweisen, welche über Drosselbohrungen 14 vom Zylinderraum 12 mit Hydraulikmittel versorgt wird und eine reibungsarme Rotation des Walzenmantels 10 gestattet.
Statt hydrostatischer Stützelemente können jedoch auch andersartige Stützelemente verwendet werden, beispielsweise bekannte hydrodynamische Stützelemente, Druckkissen, Druckräume, elektromagnetische, pneumatische oder mechanische Stützelemente.
Die Stützelemente 11 können gemeinsam, gruppenweise oder individuell mit Druckmittel regelbaren Druckes versorgt sein. Somit kann über die Breite
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des Spaltes 5 bzw. der dort gebildeten Kunststoffolie ein individuell einstellbarer Druck erzeugt werden und ein gewünschtes Dickenprofil der Kunststoffolie 6 nach dem Verlassen des Spaltes 5. Um eine Feinprofilregelung zu erreichen, ist es zweckmässig, eine Anzahl von Stützelementen 11 nebeneinander anzuordnen und mit Druckmittel zu versorgen, dessen Druck für jedes Stützelement oder zumindest für Gruppen von Stützelementen individuell regelbar ist. Für eine Dickenprofilregelung erster Ordnung genügt jedoch unter Umständen ein einzelnes, sich über die gesamte Breite in der Form einer Stützleiste erstreckendes Stützelement oder eine Druckkammer, welche über eine einzige Leitung mit Druckmittel regelbaren Druckes versorgt wird, und zusammen mit einer Lagerung des Walzenmantels 10 auf dem Träger 8 an den Walzenmantel-Enden eine Profilregelung erster Ordnung, d.h. zwischen Walzenmitte und Walzenenden, gestattet. An den Enden ist die Durchbiegungseinstellwalze 1 mit Vorteil durch Dichtungen 15 abgedichtet, die in bekannter Weise auch zur Lagerung des Walzenmantels 10 auf dem Träger 8 oder zur Führung der Walzenmantelenden in Stützrichtung ausgebildet sein kann, wie z.B. in US 3 885 283 beschrieben.
Zur Verwendung der vorstehend beschriebenen Anordnung zum Giessen von Kunststoffolien mit einem engen Erstarrungstemperaturbereich von wenigen Grad Celsius, z.B. von Polyaethylen, ist es erforderlich, die Temperatur im Spalt zwischen den beiden Walzen 1 und 2, wo die plötzliche Erstarrung der Kunststoffmasse eintritt, mit einer relativ engen Toleranz von wenigen Grad Celsius konstant zu halten, da nur so das gewünschte Dickenprofil der im Spalt 5 gebildeten Kunststoffolie 6 erreicht werden kann. Ausserdem muss ein Festkleben der gebildeten Kunststoffolie 6 an der Durchbiegungseinstellwalze 1 verhindert werden.
Um dieses Ziel zu erreichen, ist der Walzenmantel 10 aus mehreren konzentrischen Schichten aufgebaut. Als innere Schicht dient eine relativ dicke Schicht 16 mit gummiweicher Elastizität. Hierunter ist eine Schicht, beispielsweise aus Weichkautschuk zu verstehen oder ein Material mit analoger Elastizität, beispielsweise ein anderes Elastomer mit einer Shore-Härte A zwischen 40 und 95. Eine Kernzone mit dieser Weichheit und Elastizität gestattet eine genügend flexible Regelung der Stützkräfte über die Walzenbreite und somit eine hinreichend feine Profilregelung der erzeugten Plastikfolie über die Breite.
Innerhalb dieser gummiweichen Kernzone 10 können metallische Laufringe für die Lagerflächen der Stützelemente 11 vorgesehen sein, welche eine exakte Lagerung des Walzenmantels, eine störungsfreie Rotation um den Träger sowie eine exakte Kraftübertragung von den Stützelementen 11 auf den Walzenmantel 10 gewährleisten, wie z.B. aus US 4 058 877 oder 4 583 273 bekannt.
Durchbiegungseinstellwalzen der beschriebenen Art mit einem gummiweichen Walzenmantel haben zwar die für die Verwendung in einer Kunststoffoli-en-Giessanlage erforderliche Elastizität und Flexibilität, jedoch ist die thermische Leitfähigkeit von Weichgummi und ähnlichen Elastomeren derart schlecht, dass im Spalt 5 nicht so viel Wärme aus der fliessfähigen Kunststoffmasse 4 von der Walzenoberfläche aufgenommen werden kann, dass eine definierte Erstarrung zu einer Kunststoffolie 6 stattfinden kann. Die Einhaltung einer genau definierten Erstarrungstemperatur im Spalt 5 erfordert daher besondere Vorkehrungen. Zu diesem Zweck ist aussen auf die Kernzone 16 des Waizenmantels 10 wenigstens eine dünne Schicht 17 mit besonders guter thermischer Leitfähigkeit aufgebracht. Besonders geeignet sind hierfür metallische Schichten, beispielsweise aus Kupfer oder Silber. Die Dicke dieser metallischen Schicht 17 ist so gewählt, dass die Schicht eine ausreichende Wärmemenge aus der Kunststoffmasse 4 aufnehmen kann, so dass im Spalt 5 eine schnelle Abkühlung auf die erforderliche Erstarrungstemperatur stattfindet. In der Regel genügt eine Schichtdicke von höchstens 1 mm oder weniger. Um diese Oberflächentemperatur der Walze 1 im Spalt 5 auf einen vorbestimmten Wert möglichst genau zu regeln, sind an der Aussenseite der Walze 1 über wenigstens einen Teil ihres Umfanges sich erstreckende Kühlvorrichtungen 18 angeordnet. Diese sind mit Vorteil als Fluiddüsen ausgebildet, insbesondere als Gasdüsen, welche ein bestimmtes Kühigas auf die Walzenoberfläche blasen und die im Spalt 5 aus der Plastikmasse aufgenommene Wärme wieder abführen. Die Gasdüsen 18 werden von einem Ventilator 19 betrieben, welcher aus der Umgebung Luft ansaugt und über die Gasdüsen 18 auf die Walzenoberfläche leitet. Der Ventilator 19 wird von einem Temperatursensor 20 vor dem Ein-lauf der Plastikmasse 4 in den Spalt 5 gesteuert, welcher die Temperatur der Walzenoberläche kurz vor dem Einlauf in den Spalt 5 abtastet und den Ventilator 19 über einen Regler 21 so ansteuert, dass die vom Sensor 20 gemessene Temperatur einem vorgegebenen Sollwert entspricht.
Um ein Ankleben der erstarrenden Kunststoffmasse an die Walzenoberfläche zu vermeiden, ist die Oberfläche spiegelglatt oder hochglänzend ausgeführt. Dies kann durch entsprechende Materialwahl und Behandlung der thermisch hochleitenden Schicht erfolgen, z.B. durch Polieren einer aus Silber oder einer Silberlegieruns bestehenden Schicht 17 oder durch Aufbringen einer sehr dünnen z.B. ca. 0,1 mm dicken weiteren Schicht 22 auf die thermisch hochleitende Schicht 17, beispielsweise durch eine Glanzverchromung der aus Kupfer bestehenden thermisch leitfähigen Schicht 17.
Die Gegenwalze 2 kann analog aufgebaut sein wie die Durchbiegungseinstellwalze 1 oder als Massiv* oder Hohlwalze mit einer ebenfalls spiegelglatten Oberfläche.
Bei einem den gestellten Anforderungen genügenden praktischen Ausführungsbeispiel einer Kunststoffolien-Giessanlage für Polyaethylen mit einer Erstarrungstemperatur von 60°C und einer Foli-en- bzw. Walzenbreite von ca. 6 Metern, einem Durchmesser der Durchbiegungseinstellwalze von 40 cm bestand die Kernzone von 8 cm Dicke aus Weichkautschuk der Shorehärte A von 62, auf deren Aussenseite eine 0,2 mm dicke Schicht aus Kupfer angeordnet war, deren Aussenoberfläche hartverchromt mit spiegelglatter Oberfläche war.
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Claims (10)

Patentansprüche
1. Walze mit einem drehfesten Träger (8) und einem um diesen rotierbaren, mit wenigstens einem in einer Pressebene eine Stützkraft ausübenden Stützelement (11) gegenüber dem Träger (8) abgestützten Walzenmantel (10), welcher aus mehreren konzentrischen Zonen unterschiedlichen Materials aufgebaut ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Walzenmantel (10) eine innere Zone (16) mit gummiweicher Elastizität sowie wenigstens eine äussere dünne metallische Zone (17, 22) mit guter thermischer Leitfähigkeit und fester glatter Oberfläche aufweist, welche mittels einer sich über wenigstens einen Teil der Walzenoberfläche erstreckenden Kühlvorrichtung (18) auf eine vorgegebene Temperatur kühlbar ist.
2. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Zone (16) mit gummiweicher Elastizität eine Shorehärte A im Bereich zwischen 40 und 95 aufweist.
3. Walze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zone (17) mit guter thermischer Leitfähigkeit aus Kupfer oder Silber oder einer Legierung dieser Metalle besteht.
4. Walze nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Zone (17) mit guter thermischer Leitfähigkeit höchstens 1 mm beträgt.
5. Walze nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der äussersten Zone (22) des Walzenmantels (10) hochglänzend poliert ist.
6. Walze nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die äusserste Zone (22) aus einer Hartverchromung besteht.
7. Walze nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Einlaufseite der Walze ein Temperatursensor (20) zur Messung der Oberflächentemperatur der äussersten Zone (22) vorgesehen ist, weiche die Kühlvorrichtung (18) derart steuert, dass die Temperatur an der Messstelle auf einen vorgegebenen Temperaturwert geregelt ist.
8. Walze nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung Kühlgasdüsen aufweist, durch welche ein Kühlgas auf die Oberfläche der äussersten Zone (22) der Walze geleitet wird.
9. Kunststoffolien-Giessanlage mit einer Walze nach einem der Ansprüche 1-8.
10. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Walze (1) und eine Gegenwalze (2) derart ausgebildet und angeordnet sind, dass ein in den Spalt (5) zwischen der Walze (1) und der Gegenwalze (2) hineingeleitetes fliessfähiges Kunststoffmaterial (4) auf eine vorgegebene Erstarrungstemperatur abkühlt.
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