Verfahren zur Herstellung und Verarbeitung von unbeschichteten oder beschichteten Kunststoff-Folien
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung und Verarbeitung von unbeschichteten oder beschichteten thermoplastischen Kunststoff-Folien, das besonders für die Herstellung von Formstücken aus Bahnen aus Verbundmaterial geeignet ist, welches auf einer Trägerbahn eine Thermoplastkaschierung aufweist. Als Trägerbahnen sind sowohl Kunststoff-Folien als auch andere Bahnmaterialien geeignet.
Die Herstellung thermoplastischer Folien ist bekannt, z. B. durch Giessen, Extrudieren oder Auswalzen auf Kalandern. Die Verbindung solcher Folien mit Warenbahnen aus Textilien oder anderen Werkstoffen erfolgt vorzugsweise durch Aufwalzen unter Zugabe geeigneter Bindemittel.
In jüngerer Zeit hat man thermoplastische Folien auch in der Weise hergestellt, dass man Kunststoff in Form von Pasten, Pulver oder Granulat auf beheizten Zwei- oder Dreiwalzenmaschinen geschmolzen, im plastischen Zustand in einem Film überführt und unmittelbar durch Druck auf die zu beschichtende Warenbahn aufgetragen hat.
Eine Anordnung des bekannten Zweiwalzenverfahrens ist in den Fig. 1 und 2 veranschaulicht.
Die beheizten Walzen 1, 2 bilden einen Walzenspalt 4, welcher aus einem Behälter 3 mit Kunststoff beschickt wird. Die im engsten Punkt des Walzenspaltes 4 gebildete Folie haftet an einer der beiden Walzen und wird von dieser mitgenommen.
Bei diesem bekannten Verfahren wirkt sich nachteilig aus, dass der plastische Kunststoff im Walzenspalt seiner Formänderung auf die Folienstärke einen Widerstand entgegensetzt. Dieser Widerstand wirkt sich als Spaltdruck aus, welcher bestrebt ist, den Spalt zu erweitern oder bei unnachgiebiger Lagerung die beiden Walzen 1, 2 durchzubiegen.
In Fig. 3 ist der Spaltdruck mit p bezeichnet. Aus ihm ergeben sich die Biegelinien 5, 6 der beiden Walzen. Diese Durchbiegung lässt sich zwar in bekannter Weise durch Balligschleifen der Walzen für einen bestimmten Wert des Spaltdruckes p aufheben. Für alle anderen Werte des Spaltdruckes pl ergeben sich jedoch abweichende Biegelinien 5, 6 und damit über die Walzenlänge veränderliche Spaltweiten.
Da der Spaltdruck p eine Funktion der eingestellten Folienstärke darstellt, ergibt sich, dass man nur für einen einzigen bestimmten Wert des Spaltdruckes p eine konstante Folienstärke über die Walzenlänge erhalten kann, für welchen die Durchbiegung durch entsprechende Balligkeit der Walzen ausgeschaltet ist, während für alle abweichenden Folienstärken andere Spaltdruckwerte p in Kauf genommen werden müssen.
Die Erfindung bezweckt die Vermeidung dieser Nachteile und soll es ermöglichen, konstante Schichtstärken beliebiger Werte bei der Verarbeitung von Kunststoffschichten zu erzielen.
Das Verfahren gemäss der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass thermoplastischer Kunststoff als Granulat, Pulver oder Paste in einen Spalt zwischen einer sich kontinuierlich bewegenden Zylinderfläche und einer ortsfesten Fläche eingebracht, im Spalt zu einer Folie verformt und auf mindestens einer angeschlossenen Walze noch im plastischen Zustand verarbeitet und gekühlt wird. Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb aller sich drehenden Teile, welche mit dem thermoplastischen Kunststoff in Berührung kommen, von einem gemeinsamen Hauptantrieb kraftschlüssig abgeleitet ist.
Vorzugsweise besitzt diese Vorrichtung eine umlaufende Walze, welcher auf ihrer einen Seite ein gegen sie einstellbarer beheizter Balken und auf ihrer anderen Seite eine entgegengesetzt umlaufende Walze zugeordnet ist, wobei über dem von der Walze und dem Balken gebildeten Spalt eine Beschickungsvorrichtung angeordnet ist. Bei einer solchen Vorrichtung bildet der beheizte einstellbare Schmelzbalken mit der beheizten Hauptwalze den filmbildenden Schmelzspalt. Die durch diese Anordnung erzielbare hohe Friktion gestattet es, dem dem Schmelzspalt zugeführten Kunststoff die zur Plastifizierung erforderliche Wärmemenge zum grossen Teil verlustlos in Form von kinetischer Energie zuzuführen und gleichzeitig eine hervorragende Homogenisierung zu erzielen.
Die gebildete Folie haftet nach dem Verlassen des Schmelzspaltes an der Oberfläche der Hauptwalze und kann dann vor der weiteren Verarbeitung noch im plastischen Zustand auf eine Trägerbahn aufgewalzt werden. Geeignet hierzu ist eine Vorrichtung, bei welcher der Hauptwalze und der Abnahmewalze eine Heiztrommel mit Leitrollen für die zweite endlose Bahn zugeordnet ist.
Die Folie kann auch im thermoplastischen oder thermoelastischen Zustand unmittelbar und spannungslos einer nachgeschalteten, synchron laufenden Verformungseinrichtung zugeführt werden. Vorzugsweise geschieht dies in der Weise, dass die im Spalt gebildete und gegebenenfalls kaschierte Folie in noch plastischem Zustand unter Ansetzen von Vakuum auf die eine Bahnseite und gegebenenfalls Druck auf die andere Bahnseite im Bereich der späteren Formstücke verformt wird.
Zu diesem Zweck geeignet ist eine Vorrichtung, bei welcher der Abnahmewalze eine Verformungswalze nachgeschaltet ist, welche zwei- oder mehrstufig unter Vakuum steht und welcher gegebenenfalls ein Vorstrecker zugeordnet ist.
Bei all diesen Vorrichtungen soll der Antrieb aller sich drehenden Teile, welche mit Kunststoff in Berührung kommen, von einem gemeinsamen Hauptantrieb kraftschlüssig abgeleitet sein.
Die Bildung der Folie, die Verformung und die Kühlung des Formteiles können kontinuierlich in einem Arbeitsgang und infolgedessen ohne die bei den bisher bekannten Verfahren unumgänglichen thermischen und sonstigen Verluste erfolgen. Der nach dem Abtrennen der Formstücke verbleibende Abfall kann nach Zerkleinerung dem Rohmaterial zur Wiederverarbeitung zugegeben werden, wodurch bei gleichem Materialeinsatz eine höhere Ausbeute erzielt wird.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens gegenüber den bekannten Verfahren besteht darin, dass bei Verwendung eines Schmelzbalkens mit geeigneter Profilgebung der Querschnitt des Schmelzspaltes in weiten Grenzen veränderlich ist. Hierdurch kann die Einleitung der kinetischen Energie in den Kunststoff dessen Eigenschaften angepasst werden. Bei Mehrwalzenmaschinen ist aus geometrischen Gründen diese Variationsmöglichkeit nicht zu verwirklichen. Da nämlich der Querschnitt des Schmelzspaltes nicht mehr vom Walzendurchmesser abhängig ist, kann der Spalt für jeden beliebigen Walzendurchmesser durch geeignete Ausbildung des Schmelzbalkens gleich ausgeführt werden.
Dadurch ist es erstmalig möglich, Betriebswerte, welche auf einer kleinen Versuchsmaschine im Labor mit entsprechend kleinem Walzendurchmesser ermittelt wurden, direkt und unverändert auf eine Produktionsmaschine mit grossem Walzendurchmesser zu übertragen.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens ist darin gelegen, dass durch die Beschränkung auf eine Walze ein in dieser auftretender Rundlauffeh ler sich nur einmal auf die Folienstärke auswirkt, bei Mehrwalzenmaschinen jedoch die Rundlauffehler der beiden letzten Walzen summiert werden müssen. Die Einwalzenmaschine ermöglicht aus diesem Grunde eine wesentlich höhere Genauigkeit der Folienstärke.
Weitere Fortschritte gegenüber den bisher bekannten Mehrwalzenmaschinen ergeben sich aus dem Betriebsverhalten. Sie ergeben sich durch die nur bei Einwalzenmaschinen mögliche Ausbildung der Laufzapfen der Hauptwalze. Die Abmessungen aller bekannten Lagerkonstruktionen machen es erforderlich, bei Mehrwalzenmaschinen die Laufzapfen mit Rücksicht auf die Lagerkörpergrösse, die aus Symmetriegründen den Ballendurchmesser nicht überschreiten darf, stark abzusetzen. So konnte trotz aller Bemühungen das Verhältnis der Durchmesser von Zapfen zu Ballen, kurz Zapfenverhältnis genannt, nie wesentlich über den kritischen Wert 0,5 erhöht werden, beim Einsatz von Wälzlagern musste dieser Wert in der Regel noch stark unterschritten werden. Durch diese nicht zu verhindernde Querschnittsverminderung müssen beträchtliche Nachteile in Kauf genommen werden.
So führt die im Zapfenbereich durch Querschnittsverminderung und Kerbwirkung auftretende stark erhöhte Materialbeanspruchung des öfteren zu Zapfenbrüchen, die erhöhte Walzendurchbiegung ist ebenfalls eine Folge der Querschnittsverminderung. Dazu wird die zulässige Lagerbeanspruchung (bei Mehrwalzenmaschinen treten die Lagerund schmierungstechnisch schwer beherrschbaren Komponenten: geringe Zapfengeschwindigkeit verbunden mit hohem spezifischen Lagerdruck, zusätzlich durch die Eigenart der Kunststoffe bedingte hohe Lagertemperaturen, stets gleichzeitig und gemeinsam auf) im Betrieb häufig überschritten, wodurch Lagerschäden und Produktionsausfall verursacht werden.
Im Gegensatz hierzu ist bei der Einwalzenmaschine die Lagerausbildung durch das Zapfenverhältnis keinen Beschränkungen unterworfen, es kann ohne Schwierigkeit mit einem Wert von 0,9 bis 1,0 ausgelegt werden, da dabei die Lagerung der Gegenwalze nicht berücksichtigt werden muss. Diese Auslegung eröffnet die Möglichkeit, bei gleichbleibendem Verhältnis von Lagerdurchmesser zu Lagerlänge den spezifischen Lagerdruck bis auf ein Viertel, die Zapfengeschwindigkeit jedoch bis auf das Doppelte der bei Mehrwalzenmaschinen üblichen Werte zu bringen. Durch diese Massnahme kann das nicht mit Sicherheit beherrschbare Gebiet der Mischreibung mit hohem Verschleiss verlassen und im Gebiet der reinen Flüssigkeitsreibung ein sicherer und verschleissloser Betrieb gewährleistet werden.
In den Zeichnungen zeigt:
Fig. 1, 2 und 3 eine bekannte Vorrichtung nebst Druckdiagramm,
Fig. 4 eine Vorrichtung zur Durchführung einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens gemäss der Erfindung,
Fig. 5 und 6 Einzeldarstellungen in grösserem Massstab für den Schmelzspalt,
Fig. 7 eine Vorrichtung zur Herstellung von Formstücken nach einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens,
Fig. 8 und 9 Einzelheiten der Vorrichtung gemäss Fig. 7 in grösserem Massstab.
Die Durchführung einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens sei zunächst anhand einer Vorrichtung gemäss Fig. 4 erläutert.
Der Kunststoff gelangt durch einen vorzugsweise unbeheizten oder gekühlten Vorratsbehälter 12 durch eine Zugabevorrichtung, dargestellt als Schieber 12b, Transportrinne 10 und Vibratorantrieb 11, in den durch Hauptwalze 7 und Schmelzbalken 8 gebildeten Schmelzspalt. Auf dem Wege über die Transportrinne 10 wird dem Kunststoff durch Infrarotstrahler 13, Heissluft oder eine andere geeignete Wärmequelle vorhandene Feuchtigkeit entzogen. Es kann jede andere geeignete Zugabeeinrichtung verwendet werden. Der beheizbare Schmelzbalken 8 ist mit einem verwindungs- und biegesteifen Tragbalken 9, dessen Einstellung radial oder annähernd radial zur Hauptwalze 7 erfolgt, verschieb- und einstellbar verbunden. Die Grobeinstellung erfolgt z. B. durch Anstellen des Tragbalkens 9, die Feineinstellung z.
B. zum Ausgleich der Stärketoleranzen über die Folienbreite durch Verstellung des Schmelzbalkens 8 gegenüber dem Tragbalken 9. Grob- und Feineinstellung können in an sich bekannter Weise durch Einstellspindeln, Exzenter oder hydraulische Systeme bewirkt werden.
Der in den Schmelzspalt eingebrachte Kunststoff wird durch die über den Antrieb der Hauptwalze 7 eingeführte kinetische Energie erwärmt, plastifiziert und durch das zwischen Hauptwalze 7 und Schmelzbalken 8 auftretende hohe Schergefälle zusätzlich besonders homogenisiert. Er verlässt den Schmelzspalt als an der Hauptwalze 7 haftende, plastische Folie, die von dieser nach teilweisem Umlauf durch eine Abnahmewalze 17 abgenommen wird. Die Oberfläche wird durch die entsprechend ausgeführte Walze 18 geglättet oder geprägt. Die Walzen 17 und 18 sind zur Erzielung des erforderlichen Anpressdruckes mit an sich bekannten Einrichtungen, wie Einstellspindeln, Exzentern oder hydraulischen Systemen ausgerüstet, ebenso sind Einrichtungen zur Einhaltung der erforderlichen Verarbeitungstemperaturen vorgesehen.
Für das Aufwalzen der Kunststoff-Folie auf eine Trägerbahn sind zu deren Führung Leitrollen 15 und eine oder mehrere Heiztrommeln 16 zur Vorwärmung und Trocknung der Trägerbahn vorgesehen. Die Verbindung der Folie mit der Trägerbahn erfolgt in dem durch die Hauptwalze 7 und Abnahmewalze 17 gebildeten Walzenspalt. Die Kühlung von Folie oder beschichteter Warenbahn erfolgt durch Wärmeentzug an der umlaufenden, mit Kühlmittel beschickten Kühltrommel 19. Nach Verlassen der Maschine werden Folie oder beschichtete Warenbahn aufgerollt oder auf gewünschte Längen und Formate geschnitten.
Geeignete Formen des Schmelzspaltes durch entsprechende Profilierung des Schmelzbalkens 8 sind in den Fig. 5 und 6 dargestellt.
Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 5 ist der beheizte Balken 8 gegenüber der umlaufenden beheizten Walze 7 radial einstellbar und gegebenenfalls kippbar gelagert, um die Form des Spaltes 41 zwischen dem Balken 8 und der Walze 7 verändern zu können.
Die der Walze 7 zugekehrte Stirnseite des Balkens 8 hat eine leicht gekrümmte Fläche 17 mit einer unteren Kante 42, an welche sich eine im wesentlichen parallel zur Walzenfläche verlaufende Fläche 16 anschliesst.
Insgesamt ergibt sich somit eine etwa trichterförmige Ausbildung des Schmelzspaltes, in welchen das Rohmaterial 46 als Granulat, Pulver oder Paste eingebracht wird. Der Druckverlauf bei der Bildung der Folie 47 im Schmelzspalt durch die rotierende Hauptwalze 7 und den feststehenden Balken 8 ist in Fig. 5 rechts in einem Polardiagramm aufgetragen. Die Rückströmung im Schmelzspalt ist eine reine Druckströmung. Der Strömungsverlauf ist durch die Pfeile 15 angedeutet.
Fig. 6 zeigt einen Schmelzspalt 41 mit doppeltem Druckaufbau. Diese Anordnung, welche auch in mehreren Stufen ausgeführt werden kann, bringt eine hohe Plastifizierleistung.
Am Einlaufteil findet im wesentlichen der gleiche Vorgang statt, wie in Fig. 5 dargestellt. Der Abfluss wird jedoch dadurch gedrosselt, dass in den folgenden Abschnitt nur so viel Schmelze eintreten kann, als aus diesem Abschnitt durch den Austrittsquerschnitt abgeht. Der Inhalt des zweiten Abschnittes steht im Gegensatz zu der Ausführung gemäss Fig. 5 immer unter Druck. Auch in Fig. 6 ist der Druckverlauf in dem Schmelzspalt in einem Polardiagramm aufgetragen.
Durch die Ausbildung gemäss Fig. 6 wird neben dem höheren Druckaufbau auch die Homogenisierung durch die längere Vermischung der einzelnen Teilströme 15 erhöht.
Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 7 wird die im Schmelzspalt zwischen dem Schmelzbalken 8 und der Hauptwalze 7 gebildete Folie 120 über die Abnahmewalze 17 der Formwalze 21 zugeführt. Auf der Formwalze 21 erfolgt die Verformung durch Vakuumeinwirkung und soweit erforderlich, durch mechanische Vorstreckung, beispielsweise mittels eines umlaufenden Vorstreckers 22. Der Vorstrecker 22 erhält einen radial zur Formwalze 21 gerichteten Arbeitshub, beispielsweise mittels der Zustellvorrichtung 122.
Durch Zuführen einer auf der Vorwärmwalze 116 vorgewärmten Trägerbahn 114 kann diese zunächst in dem durch die Hauptwalze 7 und die Abnahmewalze 17 gebildeten Spalt mit der Folie beschichtet und anschliessend verarbeitet werden.
Fig. 8 zeigt schematisch die Anordnung der Formwalze 21 mit den im Walzenmantel eingelassenen Formen 24, der axialen Saugleitung 25 zum rotierenden Schieberteil 26 und das mit Kammern 28 versehene Schiebergehäuse 27 der Drehschiebersteuerung. Das Schiebergehäuse 27 wird mit geeigneten Druckelementen, vorzugsweise Federn 30, gegen die Berührungsfläche mit dem umlaufenden Schieberteil 26 gepresst und durch Bolzen 31 gegen Verdrehen gesichert.
Fig. 9 zeigt eine Ausführungsform des Schiebergehäuses 27 mit Schieberkammern 28 und elastischen Leitungen 29 für Vakuum und Druckluft.
Die Arbeitsweise der Vorrichtung gemäss Fig. 7 ist folgende:
Die im Schmelzspalt gebildete Folie gelangt über die Abnahmewalze 17 unmittelbar auf die temperaturgeregelte Formwalze 21. Die heisse Folie läuft hierbei auf die Mantelfläche der Formwalze 21 auf und wird in an sich bekannter Weise durch Anlegen von Vakuum an den von Folie und Form gebildeten Hohlraum verformt. Wenn es die Gestalt des Formteiles erfordert, erfolgt eine zusätzliche mechanische Vorstreckung.
Die nachteilige Reckung der Folie kann dadurch vermieden werden, dass der Antrieb aller entscheidenden Elemente (Hauptwalze, Abnahmewalze und Formwalze) zwangsschlüssig von einem gemeinsamen Antrieb bewirkt wird.
Die mechanische Vorstreckung erfolgt z. B. durch den umlaufenden Vorstrecker, welchem ein zusätzlicher, radial zur Formwalze gerichteter Arbeitshub derart erteilt wird, dass sich während dieses Arbeitshubes die Hüllkreise von Formwalze 21 und Vorstrecker 22 überschneiden. Der genaue Gleichlauf zwischen diesen beiden Elementen wird zwangsläufig, beispielsweise durch Kettentrieb oder gleichwertige Antriebselemente, hergestellt. Der Arbeitshub wird durch an sich be kannte Kraftglieder, beispielsweise pneumatische Druckkolben 122 bewirkt, welche ihrerseits durch geeignete Steuerelemente, wie Nockenscheiben oder Schaltstifte, die mit der Formwalze verbunden sind, gesteuert werden.
Diese Vorstreckung erfordert eine exakte Steuerung der Absauggeschwindigkeit der Luft aus dem Hohlraum der Form durch mindestens zwei Vakuumstufen.
Während der mechanischen Vorstreckung muss, um diese zur vollen Wirkung zu bringen, langsam abgesaugt d. h. gedrosseltes Vakuum angelegt werden, für die Ausformung hingegen ist hohes Vakuum erforderlich. Die Vakuum stufen können auch durch eine ausreichend bemessene Vakuumanlage ersetzt werden. Die Verbindungsleitungen zwischen den einzelnen Schieberkammern und der Vakuumanlage sind in diesem Falle mit Drosselventilen versehen. Das Auswerfen hinterschnittener Formstücke erfolgt z. B. durch Druckluft, die dem Hohlraum zwischen Form und Formling zugeführt wird.
Die Steuerung der einzelnen Vakuumstufen für die Formung und der Druckstufe für das Auswerfen erfolgt z. B. über einen Drehschieber. Dieser stellt die Verbindung zwischen den axial am Mantel der Formwalze angeordneten Formgruppen und der Vakuumund Druckluftanlage her. Die Dichtfläche des Drehschiebers ist vorzugsweise plan oder kegelförmig ausgebildet. Der Saugleitung jeder Formengruppe ist eine Öffnung am rotierenden Schieberteil zugeordnet, das Schiebergehäuse ist mit voneinander getrennten Kammern ausgestattet, an die die Vakuum- und Druckleitungen von aussen angeschlossen werden. Das Gehäuse stützt sich gegen das Maschinengestell durch elastische Zwischenlagen, vorzugsweise Federn ab und wird gegen Verdrehung durch Bolzen gesichert. Das rotierende Schieberteil ist mit der Formwalze fest verbunden.
Zur Erhöhung der Verschleissfestigkeit kann die Dichtfläche des Gehäuses oder des umlaufenden Schieberteiles mit einem geeigneten Belag, beispielsweise Polyamid, versehen werden. Durch die Drehung der Formwalze und des mit ihr verbundenen umlaufenden Schieberteiles werden zwangsläufig die Verbindungen zwischen Formwalze und Vakuum- und Druckluftanlage hergestellt.
PATENTANSPRÜCFIE
I. Verfahren zur Herstellung und Verarbeitung von unbeschichteten oder beschichteten Kunststoff-Folien, dadurch gekennzeichnet, dass thermoplastischer Kunststoff als Granulat, Pulver oder Paste in einen Spalt zwischen einer sich kontinuierlich bewegenden Zylinderfläche und einer ortsfesten Fläche eingebracht, im Spalt zu einer Folie verformt und auf mindestens einer angeschlossenen Walze noch im plastischen Zustand verarbeitet und gekühlt wird.
Process for the production and processing of uncoated or coated plastic films
The invention relates to a method for the production and processing of uncoated or coated thermoplastic plastic films, which is particularly suitable for the production of molded pieces from webs of composite material which has a thermoplastic lamination on a carrier web. Both plastic films and other web materials are suitable as carrier webs.
The production of thermoplastic films is known, e.g. B. by casting, extruding or rolling on calenders. The connection of such films with webs of textiles or other materials is preferably carried out by rolling on with the addition of suitable binders.
More recently, thermoplastic films have also been produced in such a way that plastic in the form of pastes, powder or granules is melted on heated two- or three-roll machines, converted into a film in the plastic state and applied directly to the web to be coated by pressure .
An arrangement of the known two-roll process is illustrated in FIGS.
The heated rollers 1, 2 form a roller gap 4 which is charged with plastic from a container 3. The film formed in the narrowest point of the roller gap 4 adheres to one of the two rollers and is carried along by this.
The disadvantage of this known method is that the plastic plastic in the roll gap offers resistance to its change in shape on the film thickness. This resistance acts as a nip pressure, which tends to widen the gap or to bend the two rollers 1, 2 if the mounting is rigid.
In Fig. 3, the nip pressure is denoted by p. The bending lines 5, 6 of the two rollers result from it. This deflection can be canceled in a known manner by grinding the rollers into a crown for a certain value of the nip pressure p. For all other values of the gap pressure p1, however, there are deviating bending lines 5, 6 and thus gap widths that are variable over the roller length.
Since the nip pressure p is a function of the set film thickness, it follows that a constant film thickness over the roll length can only be obtained for a single specific value of the nip pressure p, for which the deflection is switched off by corresponding crowning of the rolls, while for all deviating ones Film thicknesses other gap pressure values p must be accepted.
The invention aims to avoid these disadvantages and should make it possible to achieve constant layer thicknesses of any desired value when processing plastic layers.
The method according to the invention is characterized in that thermoplastic material as granules, powder or paste is introduced into a gap between a continuously moving cylinder surface and a stationary surface, deformed into a film in the gap and processed on at least one connected roller in a plastic state and is cooled. The device according to the invention for performing this method is characterized in that the drive of all rotating parts which come into contact with the thermoplastic material is derived from a common main drive in a non-positive manner.
This device preferably has a rotating roller, which is assigned a heated beam adjustable against it on one side and an oppositely rotating roller on its other side, a charging device being arranged above the gap formed by the roller and the beam. In such a device, the heated adjustable melting bar forms the film-forming melting gap with the heated main roller. The high friction that can be achieved by this arrangement makes it possible to supply the plastic supplied to the melt gap with the amount of heat required for plasticization, largely without loss in the form of kinetic energy and at the same time to achieve excellent homogenization.
After leaving the melt gap, the film formed adheres to the surface of the main roller and can then be rolled onto a carrier web in the plastic state before further processing. A device is suitable for this in which the main roller and the take-off roller are assigned a heating drum with guide rollers for the second endless web.
In the thermoplastic or thermoelastic state, the film can also be fed directly and without tension to a downstream, synchronous deformation device. This is preferably done in such a way that the film formed in the gap and optionally laminated is deformed in the still plastic state with application of a vacuum on one side of the web and possibly pressure on the other side of the web in the area of the later molded pieces.
A device is suitable for this purpose in which the take-off roller is followed by a deforming roller which is under vacuum in two or more stages and to which a pre-stretcher is optionally assigned.
In all of these devices, the drive of all rotating parts that come into contact with plastic should be derived from a common main drive in a non-positive manner.
The formation of the film, the deformation and the cooling of the molded part can be carried out continuously in a single operation and consequently without the thermal and other losses that are unavoidable in the previously known processes. The waste remaining after the shaped pieces have been cut off can be added to the raw material for reprocessing after comminution, whereby a higher yield is achieved with the same material input.
Another advantage of the method according to the invention compared to the known methods is that when using a melting bar with a suitable profile, the cross section of the melting gap can be varied within wide limits. In this way, the introduction of the kinetic energy into the plastic can be adapted to its properties. In the case of multi-roller machines, this possibility of variation cannot be implemented for geometric reasons. Since the cross section of the melting gap is no longer dependent on the roll diameter, the gap can be made the same for any desired roll diameter by suitably designing the melting bar.
This makes it possible for the first time to transfer operating values that were determined on a small test machine in the laboratory with a correspondingly small roller diameter directly and unchanged to a production machine with a large roller diameter.
Another advantage of the method according to the invention is that, due to the restriction to one roller, a runout error that occurs in this only affects the film thickness once, but in multi-roll machines the runout errors of the last two rollers must be added up. For this reason, the single-roller machine enables a much higher accuracy of the film thickness.
Further advances compared to the previously known multi-roller machines result from the operating behavior. They result from the design of the main roller trunnions, which is only possible with single-roller machines. The dimensions of all known bearing constructions make it necessary, in multi-roller machines, to set off the journals considerably, taking into account the bearing body size, which for reasons of symmetry must not exceed the barrel diameter. Despite all efforts, the ratio of the diameter of the journal to the barrel, known as the journal ratio for short, could never be increased significantly above the critical value of 0.5; when using roller bearings, this value usually had to be well below this value. As a result of this reduction in cross-section, which cannot be prevented, considerable disadvantages have to be accepted.
Thus, the greatly increased material stress that occurs in the journal area due to the reduction in cross-section and notch effect often leads to journal fractures; the increased roll deflection is also a consequence of the reduction in cross-section. In addition, the permissible bearing load (in multi-roller machines the bearing and components that are difficult to control from a lubrication point of view occur: low journal speed combined with high specific bearing pressure, additionally high bearing temperatures due to the nature of the plastics, always occurring simultaneously and together) during operation, which causes bearing damage and production downtime will.
In contrast to this, in the case of the single-roll machine, the bearing design is not subject to any restrictions due to the journal ratio; it can be designed with a value of 0.9 to 1.0 without difficulty, since the bearing of the counter roll does not have to be taken into account. This design opens up the possibility of keeping the specific bearing pressure up to a quarter and the pin speed up to twice the values customary in multi-roller machines while maintaining the same ratio of bearing diameter to bearing length. By means of this measure, the area of mixed friction with high wear, which cannot be controlled with certainty, can be abandoned, and safe and wear-free operation can be guaranteed in the area of pure liquid friction.
In the drawings shows:
1, 2 and 3 a known device together with a pressure diagram,
4 shows an apparatus for carrying out a preferred embodiment of the method according to the invention,
Fig. 5 and 6 individual representations on a larger scale for the melting gap,
7 shows a device for producing molded pieces according to a further embodiment of the method according to the invention,
8 and 9 details of the device according to FIG. 7 on a larger scale.
The implementation of an embodiment of the method according to the invention will first be explained using a device according to FIG.
The plastic passes through a preferably unheated or cooled storage container 12 through an adding device, represented as a slide 12b, transport chute 10 and vibrator drive 11, into the melting gap formed by main roller 7 and melting bar 8. On the way over the transport channel 10, moisture present in the plastic is removed by infrared radiators 13, hot air or another suitable heat source. Any other suitable addition device can be used. The heatable melting bar 8 is connected to a torsion-resistant and bending-resistant support bar 9, the setting of which is carried out radially or approximately radially to the main roller 7, in a displaceable and adjustable manner. The coarse adjustment takes place z. B. by hiring the support beam 9, the fine adjustment z.
B. to compensate for the thickness tolerances over the film width by adjusting the fusible beam 8 relative to the supporting beam 9. Coarse and fine adjustment can be effected in a manner known per se by setting spindles, eccentrics or hydraulic systems.
The plastic introduced into the melting gap is heated and plasticized by the kinetic energy introduced by the drive of the main roller 7 and additionally homogenized by the high shear gradient occurring between the main roller 7 and the melting bar 8. It leaves the melt gap as a plastic film adhering to the main roller 7, which is removed by a removal roller 17 after it has partially rotated. The surface is smoothed or embossed by the correspondingly designed roller 18. The rollers 17 and 18 are equipped with known devices, such as adjusting spindles, eccentrics or hydraulic systems, to achieve the required contact pressure, and devices are also provided for maintaining the required processing temperatures.
For the rolling of the plastic film onto a carrier web, guide rollers 15 and one or more heating drums 16 for preheating and drying the carrier web are provided to guide it. The connection of the film to the carrier web takes place in the nip formed by the main roller 7 and take-off roller 17. The film or coated web is cooled by removing heat from the rotating cooling drum 19 charged with coolant. After leaving the machine, the film or coated web is rolled up or cut to the desired lengths and formats.
Suitable shapes of the melting gap by appropriate profiling of the melting bar 8 are shown in FIGS. 5 and 6.
In the embodiment according to FIG. 5, the heated beam 8 is radially adjustable with respect to the circulating heated roller 7 and, if necessary, is tiltably mounted in order to be able to change the shape of the gap 41 between the beam 8 and the roller 7.
The end face of the beam 8 facing the roller 7 has a slightly curved surface 17 with a lower edge 42, which is adjoined by a surface 16 extending essentially parallel to the roller surface.
Overall, the result is an approximately funnel-shaped configuration of the melt gap, into which the raw material 46 is introduced as granules, powder or paste. The pressure curve during the formation of the film 47 in the melt gap by the rotating main roller 7 and the stationary bar 8 is plotted on the right in FIG. 5 in a polar diagram. The return flow in the melt gap is a pure pressure flow. The flow course is indicated by the arrows 15.
6 shows a melt gap 41 with a double pressure build-up. This arrangement, which can also be carried out in several stages, provides a high plasticizing performance.
Essentially the same process takes place at the inlet part as shown in FIG. However, the outflow is throttled in that only as much melt can enter the following section as goes out of this section through the outlet cross-section. In contrast to the embodiment according to FIG. 5, the content of the second section is always under pressure. The pressure curve in the melting gap is also plotted in a polar diagram in FIG. 6.
As a result of the design according to FIG. 6, in addition to the higher pressure build-up, the homogenization is also increased through the longer mixing of the individual partial flows 15.
In the embodiment according to FIG. 7, the film 120 formed in the melting gap between the melting bar 8 and the main roller 7 is fed to the forming roller 21 via the take-off roller 17. The deformation takes place on the forming roller 21 by the action of a vacuum and, if necessary, by mechanical pre-stretching, for example by means of a circumferential pre-stretching device 22. The pre-stretching device 22 receives a working stroke directed radially to the forming roller 21, for example by means of the feed device 122.
By supplying a carrier web 114 preheated on the preheating roller 116, it can first be coated with the film in the gap formed by the main roller 7 and the take-off roller 17 and then processed.
8 shows schematically the arrangement of the forming roller 21 with the forms 24 embedded in the roller shell, the axial suction line 25 to the rotating slide part 26 and the slide housing 27 of the rotary slide control provided with chambers 28. The slide housing 27 is pressed against the contact surface with the rotating slide part 26 with suitable pressure elements, preferably springs 30, and is secured against rotation by bolts 31.
9 shows an embodiment of the valve housing 27 with valve chambers 28 and elastic lines 29 for vacuum and compressed air.
The operation of the device according to FIG. 7 is as follows:
The film formed in the melt gap reaches the temperature-controlled forming roll 21 via the take-off roll 17. The hot film runs onto the outer surface of the forming roll 21 and is deformed in a known manner by applying a vacuum to the cavity formed by the film and the mold. If required by the shape of the molded part, additional mechanical pre-stretching is carried out.
The disadvantageous stretching of the film can be avoided in that the drive of all the decisive elements (main roller, take-off roller and forming roller) is positively effected by a common drive.
The mechanical pre-stretching takes place z. B. by the revolving pre-stretcher, to which an additional working stroke directed radially to the forming roller is issued in such a way that the enveloping circles of the forming roller 21 and pre-stretching device 22 overlap during this working stroke. The exact synchronization between these two elements is inevitably established, for example by a chain drive or equivalent drive elements. The working stroke is effected by force members known per se, for example pneumatic pressure pistons 122, which in turn are controlled by suitable control elements such as cam disks or switching pins which are connected to the forming roller.
This pre-stretching requires an exact control of the suction speed of the air from the cavity of the mold by at least two vacuum stages.
During the mechanical pre-stretching, in order to bring this to full effect, slowly sucked off d. H. throttled vacuum can be applied, for the molding, however, a high vacuum is required. The vacuum levels can also be replaced by a sufficiently dimensioned vacuum system. In this case, the connecting lines between the individual slide chambers and the vacuum system are provided with throttle valves. The ejection of undercut fittings is carried out, for. B. by compressed air, which is fed to the cavity between the mold and molding.
The control of the individual vacuum levels for forming and the pressure level for ejection takes place, for. B. via a rotary valve. This establishes the connection between the mold groups arranged axially on the shell of the mold roller and the vacuum and compressed air system. The sealing surface of the rotary valve is preferably planar or conical. The suction line of each mold group is assigned an opening on the rotating slide part, the slide valve housing is equipped with separate chambers to which the vacuum and pressure lines are connected from the outside. The housing is supported against the machine frame by elastic intermediate layers, preferably springs, and is secured against rotation by bolts. The rotating slide part is firmly connected to the forming roller.
To increase the wear resistance, the sealing surface of the housing or of the circumferential slide part can be provided with a suitable covering, for example polyamide. As a result of the rotation of the forming roller and the rotating slide part connected to it, the connections between the forming roller and the vacuum and compressed air system are inevitably established.
PATENT CLAIM
I. A method for the production and processing of uncoated or coated plastic films, characterized in that thermoplastic material as granules, powder or paste is introduced into a gap between a continuously moving cylinder surface and a stationary surface, is formed into a film in the gap and is then opened at least one connected roller is processed and cooled while still in the plastic state.