CN103857510B - 用于处理面状的材料的轧制装置、使薄膜或板光滑的光滑装置和用于制造面状的材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于处理面状的材料、尤其用于使薄膜(F*)或板光滑的轧制装置，其包括第一轧制单元(1)和第二轧制单元(2)，其中，每个轧制单元(1,2)包括：‑带有马达转动惯量J M 的至少一个驱动马达，‑带有轧辊转动惯量J W 的轧辊(10,20)以及‑至少一个传动装置，其用于以在该至少一个驱动马达与轧辊(10,20)之间的传动比i MW 将轧辊(10,20)运动学地联结到该至少一个驱动马达处，其中，第二轧制单元(2)的轧辊(20)可反向于第一轧制单元(1)的轧辊(10)旋转，并且其中，在第一轧制单元(1)的轧辊(10)与第二轧制单元(2)的轧辊(20)之间形成第一辊隙(40)，面状的材料被引导通过辊隙(40)。根据本发明，轧制装置特征在于，在第一和第二轧制单元(1,2)中的至少一个中，在该至少一个驱动马达与轧辊(10,20)之间的转动惯量‑转速比M MW ≤6并且选择传动比1＜i MW ≤40，其中，适用：(公式I)，其中nM‑驱动马达的转速而nW轧辊(10,20)的转速。此外，本发明涉及一种用于使薄膜或板光滑的光滑装置以及一种用于制造面状的材料、尤其薄膜或板的方法。

Description

用于处理面状的材料的轧制装置、使薄膜或板光滑的光滑装 置和用于制造面状的材料的方法
技术领域
本发明涉及一种用于处理面状的材料、尤其用于使薄膜或板光滑的轧制装置，其包括第一轧制单元和第二轧制单元，其中，每个轧制单元包括带有马达转动惯量JM的至少一个驱动马达、带有轧辊转动惯量JW的轧辊和至少一个传动装置，其用于以在该至少一个驱动马达与轧辊之间的传动比iMW将轧辊运动学地联结到该至少一个驱动马达处，其中，第二轧制单元的轧辊可反向于第一轧制单元的轧辊旋转，并且其中，在第一轧制单元的轧辊与第二轧制单元的轧辊之间形成第一辊隙，面状的材料被引导通过该辊隙。此外，本发明涉及一种用于制造面状的材料、尤其薄膜或板的方法。
背景技术
通过在光滑机构(Glättwerk)中在使用调温的平滑辊(Glaettwalze)的情况下挤压和接着使挤出的熔融膜(Schmelzefilm)光滑例如由聚碳酸酯制造高品质的塑料薄膜多年来是工业标准。尤其在带有发光的表面的高品质的薄膜中，薄膜表面的周期性的缺陷使所谓的振痕(Rattermark)(其尤其在带有例如300-3000μm厚度的较厚的薄膜中出现)负面地可注意到并且损害其视觉品质印象。根据设备结构和运行方式，这些缺陷的表现(Ausprägung)不同。这些缺陷的原因是在光滑机构中的处理期间在剥离和砑光表现(Prägeverhalten)中的不均匀性，其可追溯到在光滑机构中所使用的轧制单元的不充分的同步(Gleichlauf)。
在文件WO 2006/098939 Al中说明了一种轧辊对轧辊微复制装置(Walze-zu-Walze-Mikroreplikationsvorrichtung)，在其中以液态材料在两侧涂覆幅状的材料，液态材料在幅状的材料上硬化。微复制装置包括带有第一直径的第一成型轧辊、带有第二直径的第二成型轧辊和驱动组件，其为了使第一成型轧辊和第二成型轧辊旋转构造成使得第一和第二轧辊保持在100微米内的连续配准(Registrierung)，其中，第二直径比第一直径大0.01至1%。
在文件US 6,250,904 B1中说明一种用于产生薄膜幅(Folienbahn)的挤出装置，在其中应减少在所生产的薄膜幅的表面上出现的缺陷、如波纹或振痕。这应通过用于牵引的轧辊的圆周速度的调节系统来实现，利用该调节系统速度波动可减小。
文件EP 0 828 599 Al涉及一种用于例如由聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯或聚氯乙烯制造无定形的、着色的板的方法。根据该方法，首先将可晶化的热塑性塑料与颜料(Farbmittel)一起在挤出机(Extruder)中熔融，接着通过喷嘴使熔融物成形并且在板被带到应有尺寸之前另外在光滑机构中利用至少两个轧辊来校正、光滑和冷却，其中，光滑机构的第一轧辊具有在50℃至80℃的范围中的温度。为了避免在板的表面上的缺陷和厚度波动，强调抽出的速度应与所使用的砑光轧辊(Kalanderwalze)的速度精确地协调。
在文件DE 4343 864 Al中说明了一种用于在使由热塑性的塑料构成的板形的挤出物光滑时避免振痕的方法。详细地，该方法设置应用具有光滑机构轧辊对(Glärtwerkswalzenpaar)的至少一个光滑机构，其中，光滑机构装备有带有齿轮传动装置的光滑机构驱动器以及电磁的驱动调节器(Antriebsregler)并且齿轮传动装置的输出(Abtrieb)在平滑辊对的平滑辊中的至少一个上工作。根据该方法来测量齿轮传动装置的与驱动器的旋转叠加的齿频率(Zahnfrequenz)，借助于频率发生器来产生尽可能接近齿频率中的一个的混入频率(Aufschaltfrequenz)，并且最后对于驱动调节器接上混入频率。
在文件EP 1 340 608 Al中提出在光滑装置中使平滑辊的驱动马达设有彼此同轴地布置的转子和定子而在没有传动装置的中间连接的情况下、也就是说以传动比iMW=1联接到平滑辊的驱动轴处。然而在实践中证实，这样的设备设计不足以可靠地避免在高品质的薄膜表面上的振痕。此外不提供以这样的转速和力矩范围运行的马达。
发明内容
本发明的目的因此在于说明一种开头所提及的类型的用于处理面状的材料、尤其用于使薄膜或板光滑的轧制装置，其避免上面所提及的缺点并且在处理面状的材料时保证塑料薄膜的最佳的表面特性、尤其最佳的光滑性和光泽。
该目的根据本发明利用根据权利要求1的前序部分的轧制装置由此来实现，即在第一和第二轧制单元中的至少一个中在驱动马达与轧辊之间的转动惯量-转速比MMW≤6并且选择传动比1＜iMW≤40，
其中，适用： ，其中
其中nM：驱动马达的转速而nW：轧辊的转速。
如申请者的研究已得出的那样，根据本发明所选择的对于在驱动马达与轧辊之间的转动惯量-转速比和传动装置的传动比的范围的组合刚好使每个轧制单元的特别高程度的轧制同步(Walzengleichlauf)成为可能，这尤其在减少或避免振痕的意义中即使对于要求高的薄膜表面也是最佳的表面质量的前提条件。
在因特网上可用的第7号技术指导"Dimensionierung eines Antriebssystems"(ABB Automation Products有限公司，曼海姆)(www.abb-drives.de)中，提议在驱动马达与所驱动的结构部件之间的转动惯量-转速比为1。然而在此未认识到与所使用的传动装置的传动比的联系。
在本发明中，对于传动比iMW优选地来选择5≤iMW≤40、特别地10≤iMW≤40且特别优选地20≤iMW≤40的范围。
这样的材料在本发明的意义中被称为“面状的”，其厚度延展明显、尤其以数量级小于在长度和宽度上的延展。
当在第一和第二轧制单元中在该至少一个驱动马达与轧辊之间的转速比MMW≤6并且选择传动比1＜iMW≤40时，在进一步改善的表面质量的意义中是特别优选的。
根据本发明的另一有利的设计方案，第一和第二轧制单元中的至少一个的至少一个驱动马达进行转速调节。驱动马达的转速调节技术上在没有较大耗费的情况下是可能的并且有助于进一步改善轧制单元的同步特性。
第一和第二轧制单元中的至少一个的至少一个驱动马达优选地是电动机。在此，其可构造为直流马达或还为交流马达。根据本发明的一有利的设计方案，驱动马达构造为带有频率变换(Frequenzumrichtung)的三相交流电动机。由此能够精确地调整和调节马达转速。在此，驱动马达优选地构造为同步马达，其受系统限制确保特别高的同步性。为了进一步提高这样的同步马达的同步性，此外可设置成，其构造成四极、尤其10极。
尤其在较小的转速下所谓的定位力矩(Rastmoment)("Cogging Torque")损害电动机的同步特性。为了补偿这些定位力矩，根据本发明的另一设计方案设置成，第一和第二轧制单元中的至少一个的至少一个驱动马达包括用于平衡定位力矩的补偿单元。这样的补偿单元可不同地来实施。优选地，其构造为在驱动马达的控制部中的软件模块。
当第一和第二轧制单元中的至少一个的至少一个驱动马达通过刚性的联结器(Kupplung)联结到该至少一个传动装置处并且/或者第一和第二轧制单元中的至少一个的轧辊通过刚性的、也就是说无打滑的联结器联结到该至少一个传动装置处时，产生进一步的改善。驱动器和负载的刚性联结证实为对于轧制力矩或圆周速度的调节必要。
根据本发明的另一有利的设计方案，第一和第二轧制单元中的至少一个的传动装置构造为行星传动装置、尤其为非无隙的行星传动装置。如申请者的研究令人惊讶地示出的那样，特别良好的同步特性在驱动马达、传动装置和轧辊之间的刚性联结下刚好不能通过在传动装置中的无隙性来实现。无隙的传动装置即与通过张紧到彼此中的齿轮的滚动产生固有的扰动到系统中的缺点相联系。
根据本发明的另一有利的设计方案，轧制装置包括用于控制第一轧制单元的至少一个驱动马达和第二轧制单元的至少一个驱动马达的控制单元，其中，控制单元构造成使得分别将第一轧制单元的轧辊和第二轧制单元的轧辊的力矩和/或圆周速度调节成使得轧辊分别借助于被引导通过辊隙的面状的材料联结到相应另一轧辊处。通过该类型的调节(在其中圆周速度始终是调节量)，即可关于轧辊中的一个作为在轧辊之下的联结限定地来建立牵引的和被牵引的状态，这在申请者的研究中尤其在使塑料薄膜或板光滑时在所追求的避免振痕方面证实为特别有效。设想，通过牵引的或被牵引的状态剪力作用在薄膜或板的材料中，使得表面获得特别均匀的视觉形象并且尤其不再可识别出振痕。在轧辊之间的牵引的或被牵引的状态可通过轧辊力矩或圆周速度的限定的略微(例如在千分之一范围中)偏离于1的比例来建立并且通过圆周速度作为调节量来获得。
根据一改进本发明的设计方案，轧制装置包括第三轧制单元，其中，在第一轧制单元的轧辊与第三轧制单元的轧辊之间形成第二辊隙，面状的材料在离开第一辊隙之后被继续引导通过该辊隙。特别地，第一轧制单元的轧辊、第二轧制单元的轧辊和第三轧制单元的轧辊的相应的轴线可大致在一任意取向的、但是优选地水平的平面中来布置，其中，面状的材料在离开第一辊隙之后在第一轧制单元的轧辊的周缘面处被引导至第二辊隙。同样可能尤其使第三轧制单元的轴线从该平面中摆出，以改变第一轧制单元的轧辊的包绕(Umschlingung)。在使塑料薄膜光滑的情况中，这样的光滑可特别有效地通过两个直接彼此相继的辊隙来实现。
本发明的另一方面涉及一种用于使薄膜或板光滑的光滑装置，其带有根据权利要求1至13中任一项所述的轧制装置。对于这样的光滑装置的优点参考上文。
本发明的另一方面涉及一种用于制造面状的材料、尤其薄膜或板的方法，其带有以下步骤：
- 尤其通过挤压产生面状的材料的熔融膜，
- 在带有轧辊转动惯量JW1的第一轧制单元的轧辊与带有轧辊转动惯量JW2的第二轧制单元的轧辊之间的第一辊隙中使熔融膜光滑，
其中，第一轧制单元的轧辊和第二轧制单元的轧辊分别通过至少一个传动装置联结到带有马达转动惯量JM1,M2的至少一个驱动马达处，其中，该方法特征在于，在至少一个轧制单元的轧辊中在驱动马达与轧辊之间的转动惯量-转速比为MMW≤6而传动比为1＜iMW≤40，
其中，适用，其中，
其中nM：驱动马达的转速而nW：轧辊的转速。
对于根据本发明的方法的优点又参考上文。
附图说明
下面根据示出一实施例的附图来详细阐述本发明。其中：
图1显示了用于使薄膜或板、特别是就之前挤出的熔融膜光滑的光滑装置。
具体实施方式
图1的在极其示意性的剖面图中示出的光滑装置总共包括三个轧制单元1、2、3，其分别包括带有马达转动惯量JM1,M2,M3的驱动马达、带有轧辊转动惯量JW1,W2,W3的调温的轧辊10、20、30和传动装置，其用于以在驱动马达与轧辊10、20、30之间的传动比iMW1,MW2,MW3将相应的轧辊10、20、30运动学地联结到相关联的驱动马达处。在此，第二轧制单元2的轧辊20可反向于第一轧制单元1的轧辊10旋转。同样地，第三轧制单元3的轧辊30可反向于第一轧制单元的轧辊10旋转。在第一轧制单元1的轧辊10与第二轧制单元2的轧辊20之间形成第一辊隙40。此外，在第一轧制单元1的轧辊10与第三轧制单元3的轧辊30形成第二辊隙50，其中，待光滑的熔融膜首先经过第一辊隙且接着经过第二辊隙，如下面还进一步详细地阐述的那样。
当前，在三个轧制单元中选择在该至少一个驱动马达与轧辊之间的转动惯量-转速比MMWi≤6而选择传动比1＜iMWi≤40，其中，适用，其中，
其中nM：驱动马达的转速而nW：轧辊的转速，并且轧辊下标i=1, 2, 3。
优选地，对于传动比iMW选择5≤iMW≤40、特别地10≤iMW≤40且特别优选地20≤iMW≤40的范围。
通过该参数的选择在轧辊中获得特别高程度的同步，由此决定性地改善被光滑的薄膜的表面质量。尤其可非常强地降低或甚至完全抑制振痕的可见性。
光滑装置的所示出的附图在剖视图中显示了这三个轧制单元1、2、3的三个轧辊10、20、30。相应地，在此未示出传动装置(其当前以已知的方式直接联结在轴颈处)和驱动马达(其在其方面联结到传动装置输入轴处)。在此可能够分别将传动装置和驱动马达联结到每个轧辊的两个轴颈处。当前，每个驱动马达通过刚性的联结器联接到与该驱动马达相关联的传动装置处。同样地，每个传动装置通过刚性的联结器联结到与该传动装置相关联的轧辊10、20、30的轴处。在此，传动装置分别构造为非无隙的行星传动装置。
当前，驱动轧辊10、20、30的电动机构造为带有频率变换的三相交流电动机、特别为同步马达。由此可能在最佳的同步特性的情况下精确地调整和调节马达转速。为了进一步提高这样的同步马达的同步性，此外设置成，马达构造成四极、尤其10极。共同的控制单元(未示出)使驱动马达的共同的控制和调节成为可能。此外，轧制单元1、2、3的驱动马达中的每个包括用于平衡定位力矩的补偿单元，其当前分别构造为在驱动马达的控制单元中的软件模块。
光滑装置的运行方式如下：
在未示出的挤压单元中，熔融物由例如聚碳酸酯在分配器工具60(喷嘴)中以典型地500至1200μm厚度来产生并且作为熔融薄膜F向在水平面中布置在分配工具之下的轧辊10、20、30的方向来导引并且在那里被光滑。在该处，熔融薄膜F进入在第一轧制单元1的轧辊10与第二轧制单元2的轧辊20之间形成的辊隙40中。如所示出的那样，轧辊1、2相反地旋转并且在此将熔融薄膜F拉入辊隙40中。在从辊隙40离开之后，薄膜幅F*在轧辊1、2、3的组件的下侧处大约以180°的角度围绕轧辊1被引导并且从下面进入第二辊隙50(其在轧辊1和与轧辊1反向旋转的轧辊3之间形成)中，在那里进一步使其光滑。在从第二辊隙50离开之后，被光滑的薄膜幅F*还大约以例如90°的角度围绕轧辊3被引导并且然后作为完成光滑的薄膜幅F**被拉出。
为了使薄膜幅的光滑最佳并且尽可能地完全抑制振痕的形成，轧辊1、2、3的驱动马达的控制单元当前构造成使得分别将轧辊1、2、3的力矩和/或圆周速度调节成使得轧辊借助于被引导通过辊隙的面状的材料分别牵引相应另一轧辊。当前，轧辊1在力矩和圆周速度方面用作导辊。
示例：
在用于使聚碳酸酯薄膜光滑的前述类型的光滑装置中以如下参数来运行三个轧 制单元：
马达功率： 4.49 kW
马达力矩： 23.6 Nm
马达转速： 2000 min-1
马达转动惯量JM： 65 kgcm2
传动比iMW： 35.34
轧制力矩： 834.02 Nm
轧制转速 56.59 min-1
转动惯量-转速比MMW： 4.91
在这些设置中在完成光滑的聚碳酸酯薄膜上不再可识别出振痕。
对比示例：
在用于使聚碳酸酯薄膜光滑的前述类型的光滑装置中以如下参数来运行三个轧 制单元：
马达功率： 1.48 kW
马达力矩： 2.35 Nm
马达转速： 6000 min-1
马达转动惯量JM： 1.5 kgcm2
传动比iMW： 125.6
轧制力矩： 443.37 Nm
轧制转速 47.77 min-1
转动惯量-转速比MMW： 16.83
这里在完成光滑的聚碳酸酯薄膜的表面上可识别出明显的振痕。

Claims (18)

1.一种用于处理面状的材料的轧制装置，其包括第一轧制单元和第二轧制单元，其中，每个轧制单元包括：
- 带有马达转动惯量JM的至少一个驱动马达，
- 带有轧辊转动惯量JW的轧辊，以及
- 至少一个传动装置，其用于以在至少一个所述驱动马达与所述轧辊之间的传动比iMW将所述轧辊运动学地联结到至少一个所述驱动马达处，
其中，所述第二轧制单元的轧辊能够反向于所述第一轧制单元的轧辊旋转，并且其中，在所述第一轧制单元的轧辊与所述第二轧制单元的轧辊之间形成第一辊隙，面状的所述材料被引导通过所述辊隙，
其特征在于，
在第一和第二轧制单元中的至少一个中，在至少一个所述驱动马达与所述轧辊之间的转动惯量-转速比MMW≤6并且选择传动比1＜iMW≤40，
其中，适用：，其中，
其中nM：所述驱动马达的转速而nW：所述轧辊的转速。
2.根据权利要求1所述的轧制装置，其特征在于，作为传动比选择5＜iMW≤40。
3.根据权利要求1所述的轧制装置，其特征在于，作为传动比选择10≤iMW≤40。
4.根据权利要求1所述的轧制装置，其特征在于，作为传动比选择20≤iMW≤40。
5.根据权利要求1所述的轧制装置，其特征在于，第一和第二轧制单元中的至少一个的至少一个驱动马达被转速调节。
6.根据权利要求1所述的轧制装置，其特征在于，第一和第二轧制单元中的至少一个的至少一个驱动马达是带有频率变换的三相交流电动机。
7.根据权利要求6所述的轧制装置，其特征在于，第一和第二轧制单元中的至少一个的至少一个驱动马达是同步马达。
8.根据权利要求7所述的轧制装置，其特征在于，所述同步马达构造成多极。
9.根据权利要求7所述的轧制装置，其特征在于，所述同步马达构造成10极。
10.根据权利要求6所述的轧制装置，其特征在于，第一和第二轧制单元中的至少一个的至少一个驱动马达包括用于平衡定位力矩的补偿单元。
11.根据权利要求1所述的轧制装置，其特征在于，第一和第二轧制单元中的至少一个的至少一个驱动马达和/或第一和第二轧制单元中的至少一个的轧辊通过刚性的联结器联结到至少一个所述传动装置处。
12.根据权利要求1所述的轧制装置，其特征在于，第一和第二轧制单元中的至少一个的至少一个传动装置构造为行星传动装置。
13.根据权利要求12所述的轧制装置，其特征在于，所述行星传动装置为非无隙的行星传动装置。
14.根据权利要求1所述的轧制装置，其特征在于，所述轧制装置包括用于控制所述第一轧制单元的至少一个驱动马达和所述第二轧制单元的至少一个驱动马达的控制单元，其中，所述控制单元构造成使得所述第一轧制单元的轧辊和所述第二轧制单元的轧辊的力矩和/或圆周速度分别被调节成使得轧辊分别借助于被引导通过所述辊隙的面状的所述材料联结到相应另一轧辊处。
15.根据权利要求1所述的轧制装置，其特征在于，所述轧制装置包括第三轧制单元，其中，在所述第一轧制单元的轧辊与所述第三轧制单元的轧辊之间形成第二辊隙，面状的所述材料在离开所述第一辊隙之后被继续引导通过所述第二辊隙。
16.根据权利要求15所述的轧制装置，其特征在于，所述第一轧制单元的轧辊、所述第二轧制单元的轧辊和所述第三轧制单元的轧辊的相应的轴线大致布置在一平面中，其中，面状的所述材料在离开所述第一辊隙之后在所述第一轧制单元的轧辊的周缘面处被引导至所述第二辊隙。
17.一种用于使薄膜或板光滑的光滑装置，其带有根据权利要求1至16中任一项所述的轧制装置。
18.一种用于制造面状的材料的方法，其带有以下步骤：
- 产生面状的所述材料的熔融膜，
- 在带有轧辊转动惯量JW1的第一轧制单元的轧辊与带有轧辊转动惯量JW2的第二轧制单元的轧辊之间的第一辊隙中使所述熔融膜光滑，
其中，所述第一轧制单元的轧辊和所述第二轧制单元的轧辊分别通过至少一个传动装置联结到带有马达转动惯量JM1,M2的至少一个驱动马达处，
其特征在于，
在至少一个轧制单元的轧辊中，在驱动马达与轧辊之间的转动惯量-转速比为MMW≤6而传动比为1＜iMW≤40，
其中，适用，其中，
其中nM：所述驱动马达的转速而nW：所述轧辊的转速。
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