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.
The invention relates to a pair of rollers consisting of an embossing roller and an opposing roller for calenders for embossing continuous material webs, where at least the embossing roller has an embossed pattern and the counter roll is provided with an elastically flexible jacket, and a method for producing the rolls for such pairs of rolls.
In the known calenders for embossing continuous webs of material, embossing rollers are used to this day, the jacket of which is made of steel or a similar hard metal. For the mantle of the counter roll, however, one uses' a softer, preferably somewhat elastically yielding material, e.g. B. rubber, pressed fiber material, plastic and the like. Each. according to the type of.
Embossing pattern and the nature of the continuous web of material take a counter-roller with a smooth surface or with a surface that has the negative of the pattern of the embossing roller. This negative pattern is usually produced by rolling the pattern of the embossing roller into the jacket of the counter roller.
For the sake of simplicity, the aforementioned calenders are referred to below as embossing calenders, the pattern of the embossing roll as positive and a counter roll with a smooth outer surface as a smooth and a counter roll whose outer surface has the negative of the pattern of the embossing roll as a patterned counter roll.
In order to achieve clean and clear embossing in the continuous web of goods with a metallic embossing roller, a smooth counter roller must be used in many cases. During the embossing process, the pattern of the embossing roller is then continuously pressed into that part of the mating roller jacket which is just opposite the embossing roller. This requires a correspondingly high embossing pressure. As a result of the embossing pressure, the embossing roller and the counter roller are subjected to bending stress on their running pins.
In the case of the counter-roller, the resiliently flexible jacket absorbs part of the embossing pressure, which relieves the bearing pins of this roller from bending forces accordingly. The rigid metallic shell of the embossing roller, however, transfers the embossing pressure in full via the roller core to the barrel pin of this roller. The embossing roller. must therefore be made accordingly stable and for this reason have a relatively large diameter.
Since the embossing pressure absorbed in full by the trunnions of the embossing roller is transferred to the calender frame, this must also be stable and heavy. Attempts have been made to partially relieve the storage of the embossing roller and the calender frame from the absorption of the high embossing pressure required so far, d'ass the embossing roller is designed as a so-called floating roller.
This is understood to mean a roll in which a cavity filled with a medium, that is to say a gas or a liquid, is present between the roll shell and the roll core. The medium transfers the external pressure forces absorbed by the roll shell to the roll core and allows the roll core to bend without the roll shell being stressed in terms of bending.
The known constructions of floating rollers require, apart from the fact that they have so far hardly resulted in embossing calenders, a relatively large roller diameter.
As the roller diameter increases, the curvature of the outer surface decreases accordingly. As a result, the theoretical line contact of the calender roll in question with the continuous web of material changes into a more or less large area of contact.
A very specific specific surface pressure is required for embossing each material web, which depends on the nature of the material web and the type of embossing pattern. When the embossing roller comes into contact with the material web, an embossing pressure must be applied which corresponds to the product of the specific surface pressure and the contact surface of the embossing roller with the material web.
When the embossing roller is designed as a floating roller, a very high embossing pressure is required because of the relatively large roller diameter. The partial amount of the embossing pressure transferred from the journals of the floating embossing roller to the calender frame is therefore still very considerable and requires a correspondingly heavy calender design.
It is obvious that one can work with significantly lower embossing pressures with otherwise unchanged conditions if the embossing roller is relieved of the aforementioned deformation work of the smooth counter-roller, ie if a patterned counter-roller is used. However, this way out is often not possible because when using a metallic embossing roller with a rigid Man telfläche the embossing pattern can only be perfectly embossed into the continuous web using a smooth counter roller.
It has now been found that you can use an embossing roller with the help of an embossing roller, which has the same dimensions and the same embossing pattern as an embossing roller with a metallic jacket, but a jacket made of a suitable plastic, even with significantly lower embossing prints can express itself cleanly and clearly than before. A suitable plastic is to be understood as one which on the one hand has a certain elastic resilience and on the other hand is not permanently deformed under the influence of the embossing pressure;
as well as with hot stamping against the influence of the stamping temperature, remains stable. These conditions are met by numerous commercially available plastics, e.g. B. polymers of vinyl chloride with or without the addition of plasticizers, silicon rubber and the like.
The following has also been found: Most of the material webs that could previously only be stamped cleanly with a metallic embossing roller while simultaneously using a smooth counter-roller, can also be perfectly embossed with a patterned counter-roller if the jacket of the embossing roller is made of a suitable plastic consists. In all of these cases, this enables a considerably further reduction in the embossing pressure.
The embossing calender, which has a roller with a jacket made of suitable plastic and preferably a patterned counter roller, can work for the reasons mentioned above with a small fraction of the embossing pressure that was previously necessary when using a metallic embossing roller. As a result, the embossing calender can be made much lighter in all parts. This has a particularly advantageous effect on the embossing roller because it is able to absorb the low embossing pressure even with a relatively small diameter without the risk of bending.
As was previously the case only with the counter roll, part of the embossing pressure is now also taken from the elastically flexible roll shell on the embossing roll. The comparatively small diameter of the embossing roller largely ensures that this roller is in contact with the material web. One comes from the calender described enclosed with an embossing pressure that is only slightly greater than the aforementioned specific surface pressure.
Another important advantage is that the resilient plastic casing of the embossing roller is much less sensitive to knocks and impacts than the rigid casing of a metallic embossing roller. In-depth tests have also shown that especially sharp-edged embossing patterns, which wear out relatively quickly on metallic embossing rollers and then have to be reworked by hand in an expensive manner,
when using a resilient plastic jacket for the embossing roller, keep their contours unchanged for a considerably longer period of time.
The aforementioned advantages are achieved even with the usual design of the embossing roller and the counter roller in such a way that each of these rollers consists of a rigid, full or hollow roller core and a jacket rigidly connected to it.
Of course, the embossing roller and / or the counter roller can also be formed as a floating roller in a known manner in the calender. In this case, the existing shell of the floating roller made of an elastically flexible material is expediently stiffened by metal inserts embedded in this material and / or by being pulled onto a metal tube.
The engraving of the plastic jacket of the embossing roller can be carried out in the usual way by hand, by moletting or etching or by electroplating. In all cases, it can be carried out with less effort and expense than with a metallic embossing roller. This is also a great advantage.
When using a patterned counter-roll, which is now advantageously possible with most of the material webs in question, the pattern of the counter-roll can easily be produced in the usual way by rolling in the pattern of the embossing roll.
The production of the rollers used for embossing can be largely simplified in the following way compared to the production methods customary up to now. If a patterned counter roll or a corresponding roll model is available, the pattern of this workpiece can easily be rolled into the sufficiently plasticized plastic jacket of the embossing roll. It is of course a prerequisite that the plastic compound in question can be hardened after the pattern has been rolled up without the rolled-up pattern being warped or damaged.
In the case of series production of embossing rollers, however, wear and tear on the workpiece concerned must be expected. In order to avoid having to re-manufacture the workpiece, the manufacturing method explained in more detail below with reference to the drawing can also be used. The process for producing the rollers is based on a roller model that is kept in the natural size of the embossing roller and has the same positive pattern as the embossing roller.
If an embossing roller from an earlier production is already available, this can be used as a model without further ado. Otherwise you can use a relatively cheap and easy-to-manufacture roller model, which is expediently made of plaster of paris, wood or another easy-to-work material.
The process consists in applying and solidifying a congruent model of the roller to be produced, which bears the embossed pattern, a paste-like plastic, which remains elastically stretchable after solidification, and then the seamless tube model created in this way under elastic expansion peeled off the roller model and filled with a curable plastic and, after its hardening, the hose is pulled off again with elastic expansion, the hardened plastic forming the jacket of the roller provided with the embossed pattern.
Commercially available curable plastics are preferably used as the hose material.
Appropriately, a core is placed centrally in the hose model before filling this plastic compound, which serves as a support for the roller jacket or which is formed as a tubular core when the roller is designed as a floating roller. the roller core only needs to be processed on its trunnion, while its central part bearing the later plastic jacket remains unprocessed. The middle part then has a relatively moderately rough surface to which the plastic mass adheres well, and can also poly gonally, z.
B. be designed as a square, to ensure a secure fit of the plastic jacket. After the hardening of the plastic compound, which has the positive embossing pattern on its cylindrical surface, the resilient hose model is pulled off as a whole and can be used to manufacture further embossing rollers until it is worn out.
Since the roller model is not mechanically stressed in the production of a hose model, a large number of hose models can be produced from a single roller model and, with the help of these hose models, hundreds of embossing rollers without any mechanical processing of the roller shell.
When the embossing roller is designed as a floating roller, instead of the roller core, a pipe section carrying the later plastic casing is inserted into the hose model and the plastic compound is then filled into the cylindrical cavity between these two parts.
In order to protect the elastically stretchable hose model from expanding when the plastic compound is poured in, which it can follow by pouring in, brushing in, injecting or centrifuging, it is previously inserted into a precisely fitting rigid cylinder shape. For this, of course, the outside of the hose must be machined correspondingly cylindrical. The drawing shows, for example, such a particularly expediently designed cylindrical shape.
A strong, rigid casing tube 1 carries welded end flanges 2 and 3, on each of which a cover 4 or 5 can be detachably attached, which z. B. with the help of wing screws 6 can be done. The lower end flange 2 and the upper cover 4 each have an annular projection 7 on their inside.
A cylindrical and flexurally rigid screen jacket 8 is fitted centrally between these two ring projections and leaves a cylindrical annular space 9 free between it and the jacket tube 1. By means of a shut-off connector 10 provided on the jacket pipe 1, the annular space 9 can alternately be connected to a vacuum line and to a gaseous or drip-like liquid heating or cooling medium. leading line can be connected.
Each of the covers 4 and 5 has a lockable connection piece 12 and 14, which open into the interior of the sieve shell 8.
After removing the cover 4, a hose model 11 produced in the manner described above is inserted and then the cover 4 is screwed tight again. Now the annular space 9 is connected via the nozzle 10 to the aforementioned vacuum line and thereby the resilient hose 11 with its smooth cylindrical outer surface is sucked snugly against the cylindrical inner surface of the screen jacket 8.
You can of course Lich also introduce a pressurized hydraulic medium into the interior 13 of the hose 11 with the help of the nozzle 12 and 14 and then press the casing 8 through this hose from the inside.
The covers 4 and 5 expediently have central bores through which a roller core 15, preferably the core of the embossing roller to be produced, is to be introduced into the interior 13.
A suitable hardenable plastic compound is then filled into the part of the interior 13 that remains free through the connecting piece 14. The air in the interior space 13 or the hydraulic medium previously introduced into this space can escape through the nozzle 12.
After the free part of the interior 13 is completely filled with plastic compound, the nozzle 14 is shut off and a heating or cooling medium used to harden the plastic compound is introduced into the annular space 9 through the socket 10, depending on whether the plastic compound is heated or by Cooling is to harden.
After the plastic compound has hardened and the connection 10 is closed, the upper cover 4 is removed and the workpiece located within the screen jacket 8 is pulled up as a whole. This workpiece consists of the finished embossing roller and the hose model 11 surrounding its outer surface, which only needs to be pulled from the embossing roller.
An embossing roller is thus completed without any engraving of its outer surface by mechanical or electro-plastic means or by etching the engraving. Rather, the positive pattern of the embossing roller is only removed from the negative pattern of the tube model by hardening of the hardenable plastic compound introduced into the interior 13 of the hose model,
which in turn had been removed from the aforementioned roller model with a positive embossing pattern by simply hardening the hose material. The manufacturing process can therefore be carried out without the use of trained skilled workers.
The hose model 11 can easily be used to produce a patterned counter roll. In this case, instead of the core 15, a drum provided with centner pegs is inserted into the interior 13 of the hose model 11, the centner pegs of which fit into the central bores of the covers 4 and 5.
The diameter of the drum is such that only a relatively narrow cylindrical cavity remains free between it and the inner surface of the hose model that has the embossed pattern. A hardenable compound is filled into this cavity through the connection piece 14, which, in a manner similar to the material of the hose model 11, remains sufficiently elastically expandable after hardening.
After this mass has hardened, a second tube model is obtained, which has the same pattern on its outer surface as the roller model. The second hose model exposed by removing the drum and the first hose model is turned inside out so that its embossed pattern comes to lie on the inside.
After inserting it into the sieve shell 8 and creating a vacuum in the annular space 9, the second hose model is sucked into the sieve shell and stretched on all sides in the radial direction so that its interior corresponds to the dimensions of the counter roll. The counter roller itself can then be manufactured with the aid of the second hose model in the same way as the embossing roller with the aid of the hose model 11.
The embossing roller and the patterned counter roller are expediently given the smallest possible diameter so that they act approximately in line contact on the continuous web of material. They are set in the usual way in terms of their axial distance from one another in the embossing calender so that, taking into account the thickness of the material web, the embossing pressure that is required to deform the material of the material web is obtained.
The particularly simple production of a calender roll provided with an embossing pattern according to the above-described method makes it possible, in an economical manner, to use a counter roll which has a pattern that differs from the negative of the pattern of the embossing roll.
In this case, the mating roll is manufactured as a special test roll with the help of a corresponding roll model and hose model 11. It goes without saying that the total depth of the embossing patterns of both rolls is at most equal to the thickness of the material web. With the help of the two calender rollers designed in this way, the continuous material web can be provided with different embossing on both sides at the same time.
When manufacturing a patterned calender roll, care must be taken that when the hardenable mass is poured into the hose model in question, no bubbles form between it and the mass or within the mass. For this purpose, the curable mass can be filled in under excess pressure and'or it can be compacted during filling or afterwards by shaking.
For certain uses of the embossing calender you can optionally roll for the shell of the embossing also use a curable mass that is more or less rigid after hardening, eg. B. stone cement and the like. As a rule, however, a suitable plastic compound comes into consideration as a hardenable compound, which after curing has a certain elastic elasticity.