DE10251121A1

DE10251121A1 - Verfahren zur einseitigen Erwärmung einer im Kalender unter einer Gegenwalze sich drehenden Walze bei gleichzeitiger Kühlung derselben hinter dem Walzenspalt und Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens

Info

Publication number: DE10251121A1
Application number: DE2002151121
Authority: DE
Inventors: Peter Ing. Nawrath; Klaus Dipl.-Ing. Seinsche
Original assignee: Schroder Heinrich Friedrich
Current assignee: Schroder Heinrich Friedrich
Priority date: 2002-11-02
Filing date: 2002-11-02
Publication date: 2004-05-19

Abstract

Verfahren zur einseitigen Erwärmung einer im Kalander unter einer Gegenwalze sich drehenden Walze, bei gleichzeitiger Kühlung derselben hinter dem Walzenspalt, wobei die Walze bzw. der Walzenkern aus Stahl mit einem Mantel aus hochwärmefestem Isoliermaterial mit optimal niedriger Wärmeleitfähigkeit umgeben ist, dessen Oberfläche mit einer galvanisch aufgebrachten oder geklebten dünnen Kupferschicht bedeckt ist, von der in metallischer Verbindung Wärmeableitungen durch den Isoliermantel in ein Kühlmedium eintauchen.

Description

Verfahren zur einseitigen Erwärmung einer im Kalender unter einer Gegenwalze sich drehenden Walze bei gleichzeitiger Kühlung derselben hinter dem Walzenspalt und Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens.

Durch die Erfindung soll eine Leistungs- und Qualitätssteigerung der Kunststoffverarbeitungsverfahren erreicht werden, bei denen eine Plastschmelze aus einer Extruder-Breitschlitzdüse in den Walzenspalt eines Kalanders gelangt, in dem die Oberflächentemperatur der glättenden oder strukturierenden Kalanderwalze im Bereich des Walzenspaltes in die Nähe der Schmelzenemperatur zu bringen und hinter dem Walzenspalt auf die Erstarrungstemperatur der Schmelze abzukühlen ist, wie es beispielsweise bei der Durchführung des Verfahrens zur kontinuierlichen Herstellung von endlosen, optisch abbildungs- fähigen Folien, Bahnen und Platten aus Kunststoffen und Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens gemäß der Patentschrift DE 199 43 604 C2 und zur Ausübung der Verfahren gemäß den Veröffentlichungen DE 190 36 845 Ct , DE 41 16 068 CE , DE 305 055 CE DE 41 10 248 A1 , US 56 56 209 A . US 44 86 363 , US 2 44 443 und EP 07 99 686 A1 erforderlich ist.

Die aus dem Erfindungszweck sich ergebende Aufgabenstellung verlangt zur Lösung die rechnerische und konstrutive Bewältigung eines thermodynamischen Problems, da die Aufheizung und Abbkühlung großer Massen, wie die einer Kalanderwalze in möglichst kurzen Zeitabständen nicht nur an energiewirtschaftliche sondern auch an physikalische Grenzen stößt. Die Lösung der der Erfindung zu Grunde liegenden Aufgabe kann daher nur in der Minimierung der auf- und ab zu erwärmenden Masse liegen ohne dabei die Statik der betroffenen Kalanderwalze zu vernachlässigen.

Ein Versuch zur Lösung der, der Erfindung zu Grunde liegenden Aufgabe findet sich in der OS 199 00 381 A1 . Darin wird vorgeschlagen eine ausreichend starke Kalanderwalze mit einem extrem dünnwandigen Gravurzylinder zu umgeben, dessen Durchmesser größer ist als der, der Kalanderwalze wodurch es zwischen der Masse der Kalanderwalze und dem dünnen Gravurzylinder nur zu einer linearen Berühung im Walzenspalt kommt. Das bedeutet, daß mit dem dünnen Gravurzylinder nur wenig Masse auf- und abzuheizen ist. Thermodynamisch ist dieser Lösungsvorschlag schlüssig doch lässt er sich mechanisch nicht anwenden, da sich der dünne Gavurzylinder ohne nachteilige Wärmekontakte nicht abstützen lässt und unter dem Zug des, den Gravurzylinder teilweise umschlingenden Stahlbandes deformiert wird.

Eine zunächst einfache Lösung der der Erfindung zu Grunde liegenden Aufgabe wird erfindungsgemäß damit erbracht, daß die Masse einer Kalanderwalze mit einem angepassten Zylinder aus einer mechanisch festen, wärmeisolierenden, hochwärmefesten Masse, beispielsweise einer Phenol, Melamin- oder Epoxy-Reibstoffmasse umgehen wird, auf dessen Oberfläche eine dünne Kupfer-Gravierschicht galvanisch aufgebracht ist. Zur Herstellung einer optisch abbildunggsfähigen Gravur reicht schon eine Kupferschicht von einem Millimeter Stärke. Da kein Wärmeabfluß in die Isolierschicht erfolgt, ist die Aufheizung der Kupferschicht auf Schmelzentemperatur im Berreich von 200° in wenigen Sekunden mit Heißluft herstellbar und ausreichend schnell mit Kaltluft oder Kaltwasser, durch das Stahlband und durch die strukturierte, plastifizierte Folie wieder auf die Temperatur zu bringen bei der das Kunststoffprodukt erstarrt. Die entsprechende Rechnung ist mit den gegebenen Parametern leicht durchzuführen.

Zur endlosen Herstellung von optisch abbildungsfähigen Bahnen und Platten mit Stärken über 1 mm ist eine Kühlung der gravierten Kupferschicht irr beschriebener Weise und einem akzeptierbaren Zeitraum nicht mehr möglich. Daraus ergibt sich eine weitere Aufgabenstellung, die erfindungsgemäß dadurch gelöst wird, daß die Kupfer-Gravurschicht aus dem Innenraum der Kalanderwalze gekühlt wird und zwar in der Weise, daß sich unter einem Zylinder aus Isolationsmaterial vorgenannter Art ein abgestützter, teilweise mit Kühlwasser durchfluteter Hohlraum befindet in den Kupferstifte eintauchen, die metallisch mit der Kupfer-Gravurschicht verbunden sind, die auf der Oberfläche des Isolierzylinders galvanisch aufgetragen ist. Die hohe Wärmeleitfähigkeit des Kupfers bewirkt einen ausreichend schnellen Abfluß der Wärme aus der Kupfergravurschicht durch die Kupferstifte in das Kühlmittel bzw. Kühlwasser, Die Wiederaufheizung der Kupfer-Gravurschicht auf dem Isolierzylinder mittels Heißluft wird von der zusätzlichen Masse der Kupferstifte nur unbedeutend beeinträchtigt.

Mit den Zeichnungen wird die Erfindung näher erläutert:
Es bedeuten:
1 Schemaskizze eines Beispiels zur Arbeitsweise einer erfindungsgemäßen Kalanderwalze im Kalander.
2 Teilschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kalanderwalze
3 Teilschnitt durch ein zweites Ausführungsbeipiel einer erfindungsgemäßen Kalanderwalze.
4 Sicht in Achsrichtung mit Teilsicht in den Innenraum der erfindungsgemäßen Kalanderwalze entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach 3.
5 Vergrößerter Schnitt "A" aus 3
6 Vergrößerter Schnitt wie 2 durch ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kalanderwalze
Das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kalanderwalze gemäß 2 besteht aus einem Walzenkörper (9), der von einem Isolierstoffzylinder (10) fest umschlossen ist. Die Oberfläche des Isolierstoffzylinders ist mit einer galvanisch aufgebrachten, dünnen Kupfer-Gravurschicht (14) bedeckt. Da der Isolierstoffzylinder kurzzeitige Wärmeimpulse nicht aufnimmt, ist eine zonale Aufheizung der Kupfergravurschicht (14) durch Heißluftbefeuerung (5) in prozessbedingter Kurzzeit möglich, was auch auf die Wiederabkühlung (6) zutrifft. Indem die Kühlung der Kupfer-Gravurschicht hinter dem Walzenspalt durch das Stahlband und durch die im Walzenspalt strukturierte Kunststoffolie hindurch in einer tragbaren Zeitspanne durchführbar ist, erfordert die kurzzeitige Kühlung der Kupfer-Gravurschicht bei der endlosen Herstellung strukturierter Flächenprodukte mit größeren Wandstärken aus einer Kunststoffschmelze andere konstruktive Maßnahmen , die erfindungsgemäß darin bestehen, daß der Isolierstoffzylinder aus einzelnen Isolierstoffringen (11) besteht. Mit je einer Stützringscheibe (12) ist jedes Isolierstoff-Ringpaar auf dem Walzenkörper (9) abgestützt. Der auf dieser Weise gebildete Isolierstoffzylinder, ist wie bei dem ersten und einfachen Ausführungsbeispiel auf der Oberfläche, galvanisch mit einer Kupfer-Gravurschicht (14) versehen, die metallisch mit Kupferstiften (15) verbunden ist. Die Kupferstifte reichen zwischen den Isolierstoffringen bis in den Kühlwasserraum (21), der im unteren Bereich der Kalanderwalze mit fließendem Kühlwaser gefüllt ist. Das Kühlwasser fließt durch den Achszapfenflansch (8) und durch die Kühlwasserkanäle (17) des Walzenkörpers in den Kühlwasserraum und verlässt ihn auf dem gleichen gegenseitigen Weg wie beim Eintritt. Mittels der hohen Wärmeleitfähikeit des Kupfers kühlen die Kupfer-Kühlstifte beim Durchgang durch das Kühlwasser die Kupfer-Gravurschicht im gleichen Zeitraum ab in dem auch die Aufheizung erfolgt.
Entsprechend dem dritten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kalanderwalze sind an Stelle von Kupfer-Kühlstiften (15) Kupfer-Kühlscheiben (22) vorgesehen, die in die Kühlwasser-Rinnen (23) eintauchen, die im Walzenkörper (9) eingeschnitten sind und durch Stern-Bohrungen (24) aus der Achsen-Bohrung des Walzenkörpers (9) mit fließenden Kühlwasser versorgt werden. Bei geteilten Kupfer-Kühlscheiben entfallen gemäß 6 die Stützringscheiben. Die Isolierstoffringe (12) sitzen direkt auf dem Walzenkörper (9).

1: Kalanderwalze
2: Einlaufwalze
3: Ablaufwalze
4: Stahlband
5: Beheizungszone
6: Kühlzone
7: Breitschlitzdüse
8: Achszapfenflansch
9: Walzenkörper
10: Isolierstoffzylinder
11: Isolierstoffring
12: Stützringscheibe
13: Stützringscheiben-Bohrung
14: Kupfer-Gravurschicht
15: Kupfer-Kühlstifte
16: Einlegekeil
17: Kühlwasserkanal
18: Kühlwasserstand
19: Spannwalze
20: Walzenpalt
21: Kühlwasseraum
22: Kupfer-Kühlscheiben
23: Kühlwasserrinne
24: Kühlwasser-Sternbohrungen

Claims

Verfahren zur einseitigen Aufheizung einer im Kalander unter einer Gegenwalze sich drehenden Walze bei gleichzeitiger Kühlung derselben hinter dem Walzenspalt dadurch gekennzeichnet daß, ein, die Walzenoberfläche eines Walzenkörpers bedeckendes Metallblech, beispielweise Kupferblech, durch Wärmestrahlung oder mit einer Flamme bzw. mit einem erhitzten Medium in den Temperaturbereich einer zu verarbeitenden Kunststoffschmelze gebracht wird und die Temperatur bis nach der Passage eines Walzenspaltes behält, um dann mittels eines flüssigen oder gasförmigen, kalten Mediums bis auf die Erstarrungstemperatur der Kunststoffschmelze abgesenkt wird und mit Drehung der Walze wieder auf die Schmelzentemperaur erwärmt wird.
Verfahren zur einseitigen Aufheizung einer im Kalander unter einer Gegenwalze sich drehenden Walze bei gleichzeitiger Kühlung derselben hinter dem Walzenspalt nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet daß, die Walze zur Oberflächenglättung oder Oberflächenstrukturierung einer in dem mit ihr gebildeten Walzenspalt eingebrachten Kunststoffschmelze dient.
Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens zur einseitiger Aufheizung einer im Kalander unter einer Gegenwalze sich drehender Walze bei gleichzeitiger Kühlung derselben hinter dem Walzenspalt dadurch gekennzeichnet daß. der Walzenkörper mit einer Isolierschicht aus hochwärmefesten und minimal wärmeleitfähigen Reibstoffmaterial ummantelt ist, auf dessen Oberfläche eine dünne, zur Einbringung von Gravuren bzw. Strukturen geeignete Metallschicht, bespielsweise Kupferschicht galvanisch oder mit Klebstoffen aufgebracht ist
Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens gemäß Anspruch 1. und 2. dadurch gekennzeichnet, daß die, auf der Isolierstoffoberfläche aufgebrachte Metallschicht, mit durch die Isolierschicht führenden Stiften oder Rippen versehen ist, die in einen, mit Kühlmittel gefüllten Raum eintauchen.