DE102014107048B4 - Verbundwalze mit einem dehäsiven Walzenbezug - Google Patents
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Abstract
Verbundwalze (100; 200) als Teil einer Anlage zur kontinuierlichen Herstellung einer Folien- oder Verbundbahn (10; 20) aus Papier-, Textil-, Kunststoff- und/oder Metalllagen für den Lebensmittelbereich, umfassend:- einen metallenen Kern (1),- und wenigstens einen dehäsiven, im Betriebszustand mit der Verbundbahn kontaktierenden polymeren Walzenbezug (3; 13), dadurch gekennzeichnet, dassder polymere Walzenbezug (3; 13) aus kautschukartigen Homo- oder Mischpolymerisaten auf Basis von Epichlorhydrin (ECO) besteht.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Verbundwalze als Teil einer Anlage zur kontinuierlichen Herstellung einer Folien- oder Verbundbahn aus Papier-, Textil-, Kunststoff- und/oder Metalllagen für den Lebensmittelbereich, umfassend:
- - einen metallenen Kern,
- - und einen dehäsiven, in Betriebszustand mit der Verbundbahn kontaktierenden polymeren Walzenbezug.
- Eine solche Verbundwalze ist der
DE 196 45 696 C1 der Anmelderin zu entnehmen. Der mit der Verbundbahn bzw. mit einem heißen Polymer-Film kontaktierende Walzenbezug besteht aus Polytetrafluorethylen (PTFE) in Schlauchform. Mit dem noch heißen, bahnförmigen Polymer-Film wird die zu beschichtende Lage, beispielsweise Papierlage kontinuierlich unter Druck, welcher durch die Verbundwalze und Gegenwalze ausgeübt wird, kaschiert. Die Verbundwalze gemäßDE 196 45 696 C1 hat sich in Praxis sehr gut bewährt, allerdings ist die PTFE-Ummantelung sehr dünn, so dass ein eventuell nach einer Havarie erforderliches Nachschleifen der Walze nicht möglich ist. - Die
DE 43 03 937 A1 offenbart eine hitzebeständige Kautschuk-Zusammensetzung und daraus hergestellte Treibriemen. Solche Treibriemen werden beispielsweise als Antriebsriemen zur Kraftübertragung an Motoren eingesetzt. Um die technischen Eigenschaften dieser Treibriemen, insbesondere die Hitzebeständigkeit, zu verbessern, schlägt dieDE 43 03 937 A1 eine spezielle Zusammensetzung des Kautschuks vor, welche auf einem hydrierten Acrylnitril-Butadien-Kautschuk (HNBR) basiert. Zur Verbesserung der Bindung kurzer HNBR-Fasern ist in derDE 43 03 937 A1 eine Vorbehandlung dieser Fasern mit einer Behandlungslösung, z.B. mit Epoxidverbindungen, vorgesehen. Diese Vorbehandlungslösung kann beispielsweise Epichlorhydrin (ECO) beinhalten. - Die
DE 603 04 208 T2 offenbart unter Umgebungstemperaturen gehärtete Überzüge und beschichtete Kautschukprodukte daraus. Die Beschichtung kann durch Streichen, Tauchen oder Spritzen auf das zu beschichtende Substrat aufgetragen werden. Wesentlich ist, dass die Zusammensetzung so gewählt ist, dass zum einen die Topfzeit zum Auftragen der Beschichtung ausreichend ist und zum anderen die Härtegeschwindigkeit ein Aushärten innerhalb einiger Stunden ermöglicht. Als Filmbildner kommen in derDE 603 04 208 T2 bestimmte Diempolymere mit einer hohen Molmasse in Betracht. Neben der Nennung einer Vielzahl anderer Stoffe enthält dieDE 603 04 208 T2 auch den Hinweis, dass unter ganz speziellen Bedingungen, beispielsweise einem Prozentsatz der Ungestättigtheit in der Lösung von weniger als 20%, die Verwendung eines Polymers von Epichlorhydrin in Betracht kommt. - Es sind auch Walzen mit einer Ummantelung auf Basis von Chlor-Sulfonierten-Polyethylen oder chlorierten Polyethylenen (CSM oder CPE) bekannt, jedoch treten regelmäßig Probleme auf, wenn der Polymer-Film (z. B. PE- oder PP-Film) sich über die Bahnränder ausbreitet und eine partielle Zerstörung der Walze im Randbereich verursacht. In seltenen Fällen, insbesondere bei der Herstellung einer mit vorgefertigten Perforierungslöchern versehenen Verbundbahn kann es zur punktuellen bzw. bereichsweisen Verklebung des Polymer-Filmes mit der Walzenoberfläche kommen. Dies kann zum Filmabriss führen, infolge dessen der bahnförmige Polymer-Film den Walzenbezug vollflächig klebend ummanteln kann. Die Entfernung der Klebereste ist sehr mühsam, evt, sogar praktisch unmöglich, denn der Polymer-Film löst sich nur in kleinen Stückchen mit Hilfe einer Pinzette und dann auch nicht vollständig, sondern es können punktförmige Klebereste verbleiben. Solche punktförmigen Klebereste erhöhen bei Wiedereinsatz der Walze die Gefahr eines erneuten Filmabrisses, so dass die teure Walze letztendlich komplett neu beschichtet werden muss.
- Als Hilfsmittel und, um diesen Umstand erforderlichenfalls zu mildern, wird die Walze an den entsprechenden Positionen bei der Verwendung von CPE/ CSM Werkstoffen mit einem PTFE Tape beklebt oder es laufen endlose Teflonabdeckbänder auf der Gummierung. Dies hat nicht zuletzt aufgrund der mechanischen Gegebenheiten des CPE/ CSM den Nachteil der Spurenbildung und den des erhöhten Rüstaufwandes. Somit kann die Nutzbreite der Walze immer nur von breit nach schmal bei Produktwechsel einmalig genutzt werden.
- Die Aufgabe der Erfindung ist, eine neue, gegenüber dem vorgenannten Stand der Technik verbesserte Verbundwalze zu konzipieren, mit der derartige Verklebungen, insbesondere bei Filmabrissen vermieden werden können.
- Diese Aufgabe ist durch eine Verbundwalze der eingangs genannten Art gelöst, bei der der polymere Walzenbezug aus kautschukartigen Homo- oder Mischpolymerisaten auf Basis von Epichlorhydrin (ECO) besteht.
- Die Kurzbezeichnung ECO ist ein Sammelbegriff für Polymerklasse mit Polyetherstruktur. Diese Polymerklasse umfasst-Homopolymere (CO), Copolymere (ECO) und Terpolymere (ETER). Aufgrund der hohen technischen Anforderungen der Kraftfahrzeugindustrie hat die Bedeutung dieser Kautschukgruppen gegenüber NBR (Nitril-Butadien-Kautschuk) und CR (Chloropren-Kautschuk) deutlich zugenommen.
- Durch ringförmige Polymerisation von Epichlorhydrin erhält man ein amorphes Polymer mit Polyetherstruktur. Die gesättigte Polymerkette (CO) macht diesen Kautschuk in hohem Maße beständig gegen Hitze und Ozon. Durch den hohen Gehalt an Chlormethylengruppen ist dieses Polymer stark polar.
- Die Vor- und Nachteile der genannten Polymerklassen sind:
- ECO: Starke Polarität, Dauereinsatztemperatur bis ca.145°C, wirtschaftlicher Preis, weitreichendes Entwicklungspotential - NBR: Polarität, begrenzte Einsatztemperatur bis max.110°C, wirtschaftliche Kosten - Die folgende Tabelle zeigt Aufteilung der Epichlorhydrin-Kautschuke:
Epichlorhydrin-Kautschuke Strukturformel Eigenschaften und Einsatzgebiete Homopolymer Zur Erzielung ausgewogener Eigenschaften werden Homo- und Coplymere häufig miteinander verschnitten, insbesondere CO/ECO; CO Copolymer ECO Terpolymer ETER Beständig gegen Wärme, Öl, Ozon, Chemikalien; Gute Elastizität bei tiefen und hohen Temperaturen; Einsatz: bevorzugt in Automobilindustrie - Es hat sich in aufwändigen Versuchen gezeigt, dass eine Walzenoberfläche auf ECO-Basis ausgezeichnete dehäsive Wirkung bei flüssigen/pastösen PE-Werkstoffen und Klebern hat. Ein ECO-Walzenbezug zeichnet sich somit gegenüber anderen Werkstoffen, insbesondere gegenüber Polytetrafluorethylen, durch verbesserte mechanische Eigenschaften aus, da ECO sich unter bestimmten Produktionsbedingungen gegenüber klebrigen Materialien abweisend oder trennend verhält. Weiterhin führen die explizit besseren dynamischen Eigenschaftsbilder der für den Walzenbezug auf ECO-Basis gewählten Rezeptur zur Reduzierung von Einlaufspuren vor allem gegenüber PTFE-Werkstoffen.
- Weiterhin weist der auf die erfindungsgemäße Verbundwalze aufgebrachte Walzenbezug eine wesentlich größere Dicke auf, als ein in Schlauchform aufgebrachter Walzenbezug aus Polytetrafluorethylen (PTFE). Damit ist nach etwaigen Beschädigungen oder im Rahmen von regelmäßigen Wartungen ein Nachschleifen, ggf. auch mehrmalig, des Walzenbezuges möglich. Die Lebens- und Einsatzdauer bis zu dem Zeitpunkt, an dem eine Walze durch eine andere Walze ersetzt werden muss, erhöht sich hierdurch erheblich.
- Die Anmelderin hat experimentell bewiesen, dass der Einsatz von Epichlorhydrin (ECO) entscheidende Vorteile mit sich bringt. Bei einem Filmabriss kommt es so zu keiner nicht lösbaren Verklebung des Polymer-Filmes mit der Walzenoberfläche. Der durch den Filmabriss verursachte und die Walzenoberfläche in kleineren oder größeren Teilbereichen umhüllende Polymer-Film lässt sich im Ganzen einfach per Hand abziehen, ohne dass beispielsweise punktförmige Verklebungsreste verbleiben, die nachträglich nur mit Schwierigkeiten von der Walzenoberfläche entfernt werden können.
- Die mechanisch/dynamischen Eigenschaften des Walzenbezuges mit Epichlorhydrin übertreffen die des Walzenbezuges mit PTFE. Beispielsweise ist die Abriebfestigkeit gemessen nach DIN 53516 gegenüber dem Walzenbezug mit PTFE kleiner als 300 ccm. Die Elastizität des ECO-Walzenbezuges gem. DIN 53512 ist mindestens grösser als 18%.
- Der hydrierte Acrylnitril-Butadien-Kautschuk (HNBR) weist ebenso günstige Antihafteigenschaften, gehobene dynamische Eigenschaften und höhere Temperaturbeständigkeit auf, ist preislich jedoch erheblich teurer als Epichlorhydrin. Darüber hinaus wird aus wirtschaftlichen Gründen eher der Walzenbezug enthaltend Epichlorhydrin aus Sicht der Anmelderin präferiert.
- Eine Verbundwalze, bei der als Material für den polymeren Walzenbezug ein Homopolymer (CO), Copolymer (ECO) oder Terpolymer (ETER) ausgewählt ist, ist Gegenstand von Anspruch 3, wobei der Walzenbezug vulkanisiert eine Shore-A-Härte von 60 bis 95 aufweist.
- Zwischen dem Kern und dem Walzenbezug kann ein Mantel aus einer elastomeren Copolymer-Mischung, bevorzugt auf Epichlorhydrin-Basis, angeordnet sein. Der Mantel kann aus einer oder mehreren Materialschichten bestehen. Dabei kann das Material des Mantels härter als das Material des äußeren Walzenbezuges sein. Beispielsweise kann das Material des Mantels eine Shore-A-Härte von 70 bis 95 und das Material des äußeren Walzenbezuges eine Shore-A-Härte von 50 bis 85 haben. Das weichere Material des äußeren Walzenbezuges ist von Vorteil insbesondere dann, wenn Unebenheiten und Aussparungen (Perforationslöcher) der Verbundbahn ausgeglichen werden sollen. Das härtere Material des den Kern umgebenden Mantels hat die Aufgabe, einen vordefinierten, konstanten Druck auf die Verbundbahn aufrechtzuerhalten.
- Der den Kern direkt umgebende Walzenbezug (bei einem einschichtigen Aufbau) kann eine Shore-A-Härte von 60 bis 95 und eine Materialdicke zwischen 4 mm und 40 mm, bevorzugt zwischen 5 mm und 25 mm, insbesondere bevorzugt zwischen 15 mm und 30 mm aufweisen. Die Materialdicke ist ausreichend genug für das eventuelle spätere Nachschleifen der Walze.
- Die Verbundwalze gemäß Erfindung kann zum Andrücken, Beschichten, Laminieren, Kaschieren bzw. Kalandrieren in der Textil-, Papier-, Verpackungs- und Lebensmittelindustrie verwendet werden. Die Verbundwalze ist für die Herstellung von bahnförmigem Verbundmaterial für industrielle und haushaltstechnische Zwecke, insbesondere aber zur Herstellung von flexiblen Verpackungen und Halbzeugen für z. B. die Lebensmittelindustrie, besonders geeignet.
- Die Erfindung ist in zwei Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert.
- Die Figuren zeigen:
-
1 ein vereinfachtes Schema der Herstellung einer Verbundbahn; -
2 Anordnung einer Verbundwalze in einer Anlage zur Herstellung einer Verbundbahn, in einer schematischen perspektivischen Ansicht; -
3 eine lochfreie Verbundbahn in einer schematischen Darstellung; -
4 eine Verbundbahn mit Perforationslöchern, in Draufsicht auf ihre Flachseite; -
5 eine einschichtige Verbundwalze in einem schematischen Querschnitt; -
6 eine zweischichtige Verbundwalze in einem schematischen Querschnitt; -
7 eine Verbundwalze mit PTFE-Walzenbezug, mit schwer entfernbaren Filmresten, in einer schematischen perspektivischen Ansicht und -
8 eine Verbundwalze mit Walzenbezug enthaltend Epichlorhydrin, mit leicht und rückstandslos abziehbarem Polymer-Film, ebenso in einer schematischen perspektivischen Ansicht. - Die
7 zeigt eine Verbundwalze gemäß dem Stand der Technik. Ein aus CSM/CPE bestehender Walzenbezug13 wurde auf seiner Walzenoberfläche7 infolge eines Filmabrisses mit der noch heißen PE-Schmelze (PE-Film11 ) verunreinigt. Die größeren und kleineren Klebereste14 lassen sich sehr schwer aus der Walzenoberfläche7 entfernen, so dass die Walze komplett neu beschichtet werden muss. - In
1 und2 ist eine Walzenanordnung15 als Teil einer nicht gezeigten Anlage zur Herstellung einer Verbundbahn10 ;20 schematisch dargestellt. Aus der Verbundbahn10 ;20 werden z.B. Lebensmittelverpackungen an derselben Anlage produziert. - Die Walzenanordnung
15 umfasst eine Verbundwalze100 bzw.200 sowie eine Gegenwalze (Stahlwalze)5 , die einen Spalt12 bilden. Im Spalt12 befinden sich nicht dargestellte Sensoren eines an sich bekannten, computergesteuerten Nip-Breiten-Analysesystems. Die in1 und5 gezeigte Verbundwalze100 umfasst einen metallenen, hülsenförmigen Kern1 und einen Walzenbezug3 von einer Dicke 4mm bis 30mm mm, dessen Material aus einer Elastomer-Mischung auf Epichlorhydrin-Basis besteht. Der Verbundwalze100 wird z.B. eine Aluminiumfolienbahn8 und der Gegenwalze5 eine Papierbahn9 zugeführt. - Oberhalb der Walzenanordnung
15 ist ein Extruder4 mit einer Breitschlitzdüse16 positioniert, aus welcher ein zum Kaschieren benötigter, etwa 300°C heißer, homogener Polymer-Film (PE/PP-Film)11 unter Druck austritt und in den Spalt12 gelangt. Eine mit 20 bezeichnete, den Spalt12 in Richtung nicht gezeigter Kühlwalzen verlassende Verbundbahn ist mehrschichtig und umfasst die Aluminiumfolienbahn8 , die Papierbahn9 und den mittig liegenden, klebenden PE-Film11 . - Wie es
4 zeigt, sind an der Verbundbahn20 mehrere in einem sich wiederholenden Muster angeordnete Perforationslöcher6 eingebracht, welche durch den durchsichtigen PE-Film11 in der Art einer Fensterscheibe abgedeckt sind. - Bei der Walzenanordnung
15 mit einer Verbundwalze200 gemäß2 und6 werden dem Spalt12 der aus der Breitschlitzdüse16 austretende PE-Film11 und die Papierbahn9 zugeführt. Die Verbundwalze200 (vgl.6 ) umfasst den Kern1 , einen den Kern1 direkt umgebenden elastomeren Mantel2 und einen äußeren Walzenbezug13 . Die Papierbahn9 gelangt in den Spalt12 über eine Umlenkrolle17 und die Gegenwalze5 . Das kaschierte Produkt ist eine Verbundbahn10 , umfassend den besagten PE-Film11 und die Papierbahn9 (vgl.3 ). - Schließlich zeigt die
8 den Zustand der Verbundwalze100 ;200 nach einem Filmabriss. Da der Walzenbezug3 ;13 aus dehäsiven Thermoplasten auf Epichlorhydrin-Basis gefertigt ist, lassen sich die zuerst leicht an der Walzenoberfläche7 klebenden, größeren Folienstücke18 mühelos entfernen. Auf der Walzenoberfläche7 bleiben keine Klebereste hängen. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Kern
- 2
- Mantel
- 3
- Walzenbezug
- 4
- Extruder
- 5
- Stahlwalze (Gegenwalze)
- 6
- Perforierungsloch
- 7
- Walzenoberfläche
- 8
- Aluminiumfolienbahn
- 9
- Papierbahn
- 10
- Verbundbahn
- 11
- Polymer-Film
- 12
- Spalt
- 13
- Walzenbezug
- 14
- Klebereste
- 15
- Walzenanordnung
- 16
- Breitschlitzdüse
- 17
- Umlenkrolle
- 18
- Folienstück
- 20
- Verbundbahn
- 100; 200
- Verbundwalze
Claims (13)
- Verbundwalze (100; 200) als Teil einer Anlage zur kontinuierlichen Herstellung einer Folien- oder Verbundbahn (10; 20) aus Papier-, Textil-, Kunststoff- und/oder Metalllagen für den Lebensmittelbereich, umfassend: - einen metallenen Kern (1), - und wenigstens einen dehäsiven, im Betriebszustand mit der Verbundbahn kontaktierenden polymeren Walzenbezug (3; 13), dadurch gekennzeichnet, dass der polymere Walzenbezug (3; 13) aus kautschukartigen Homo- oder Mischpolymerisaten auf Basis von Epichlorhydrin (ECO) besteht.
- Verbundwalze (100; 200) nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der polymere Walzenbezug (3, 13) aus der Polymergruppe mit Kurzbezeichnung ECO als Sammelbegriff für diese Polymerklasse mit Polyetherstruktur gewählt wird. - Verbundwalze (100; 200) nach
Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, dass als Material für den polymere Walzenbezug (3, 13) ein Homopolymer (CO), Copolymer (ECO) oder Terpolymer (ETER) ausgewählt ist und der Walzenbezug (3, 13) vulkanisiert eine Shore-A-Härte von 60 bis 95 aufweist. - Verbundwalze (200) nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kern (1) und dem Walzenbezug (13) ein Mantel (2) aus einem elastomeren Material oder einer Elastomer-Materialmischung angeordnet ist. - Verbundwalze (200) nach
Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Mantels (2) härter als das des Walzenbezuges (13) ist. - Verbundwalze (200) nach
Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Mantels (2) eine Shore-A-Härte von 70 bis 95 und das Material des Walzenbezuges (13) eine Shore-A-Härte von 50 bis 85 aufweist. - Verbundwalze (100) nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der den Kern (1) direkt umgebende Walzenbezug (3) eine Shore-A-Härte von 60 bis 95 aufweist. - Verbundwalze (100) nach
Anspruch 1 oder7 , dadurch gekennzeichnet, dass der den Kern (1) direkt umgebende Walzenbezug (3) eine Materialdicke zwischen 4 mm und 30 mm, aufweist. - Verwendung der Verbundwalze (100; 200) gemäß einem der
Ansprüche 1 bis8 zum Andrücken, Beschichten oder Kaschieren der Folien- oder Verbundbahn (10; 20). - Verwendung der Verbundwalze (100; 200) gemäß einem der
Ansprüche 1 bis9 bei einem automatisierten Fertigungsprozess von flexiblen Verbundbahnen (10; 20). - Verwendung der Verbundwalze (100; 200) gemäß
Anspruch 10 zum Kaschieren einer mit vorgefertigten Perforierungslöchern (6) versehenen Folien- oder Verbundbahn (20). - Verwendung der Verbundwalze (100; 200) gemäß einem der
Ansprüche 9 bis11 zum rückstandlosen Abziehen eines auf die Verbundwalze (100; 200) aufgewickelten Polymer-Films (11) bei Bahnabrissen. - Verwendung der Verbundwalze (100; 200) gemäß einem der
Ansprüche 9 bis12 zur Herstellung von flexiblen Verpackungen und Verpackungshalbzeugen.
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