DE19651938B4

DE19651938B4 - Kalanderwalzen oder Glättwalzen

Info

Publication number: DE19651938B4
Application number: DE19651938.1A
Authority: DE
Inventors: Harald Rust
Original assignee: Entex Rust and Mitschke GmbH
Current assignee: Entex Rust and Mitschke GmbH
Priority date: 1996-12-15
Filing date: 1996-12-15
Publication date: 2017-09-07
Anticipated expiration: 2016-12-16
Also published as: DE19651938A1

Abstract

Verfahren zur Temperierung einer Kalanderwalze oder Glättwalze aus Stahl mit einem Durchmesser von 300 bis 800 mm und einer Länge von 1000 bis 8000 mm zur Bearbeitung von Kunststoff-Folien und -Bahnen, a) wobei eine Walze verwendet wird, die aus einem Walzenkörper (1) und einem darauf sitzenden Mantel (4) besteht, aa) wobei der Walzenkörper (1) außenseitig mit Nuten (5) versehen ist oder der Mantel (4) innenseitig mit Nuten (5) versehen ist, wobei die Nuten (5) in dem Walzenkörper (1) durch den Mantel (4) zu Heiz- und/oder Kühlleitungen ergänzt werden und die Nuten (5) in dem Mantel (4) durch den Walzenkörper (1) zu Heiz- und/oder Kühlleitungen ergänzt werden, aaa) wobei sich die Nuten (5) gerade oder wie Gewindegänge an der Außenseite des Walzenkörpers (1) und/oder an der Innenseite des Mantels (4) erstrecken, b) wobei die Nuten (5) mit Heiz- und/oder Kühlmittel durchströmt werden, c) wobei als Heiz- und/oder Kühlmittel Öl verwendet wird, d) wobei die Öltemperatur 150 bis 240 Grad Celsius beträgt, e) wobei die Strömungsmenge des Öls 200 bis 1500 Liter pro Minute beträgt, f) wobei die Strömungsgeschwindigkeit des Öls 3 bis 6 Meter pro Sekunde beträgt und g) wobei der Öldruck 6 bis 60 bar beträgt.

Description

Die Erfindung betrifft Kalanderwalzen und Glättwalzen. Die Funktion der Glättwalzen ergibt sich schon aus der Bezeichnung. Dabei soll eine Schmelzebahn in den Walzenspalt des Glättwerkes eingezogen werden. Die Schmelze gelangt unter zunehmenden Druck.
Im Gegensatz zum Glättwerk wird der Kalander nicht mit vollplastifierter Schmelze beschickt. In dem ersten Spalt eines Folienziehkalanders wird vorpalstifizierte bzw. gelierte, vorentgaste Plastomermasse meist in Strangform eingespeist. Dieser erste Walzenspalt übernimmt die Verteilung des Aufgabegutes uber die Walzenbreite, während die nachfolgenden zwei bis drei Walzenspalte die Aufgabe haben, die Masse voll zu plastifizieren, zu homogenisieren und auf Solldicke herunterzuformen. Wegen der größeren Zähigkeit des Aufgabegutes, der für die Homogenisierung erforderlichen Ausbildung eines sogenannten Knets und der geringen Spalthöhe treten beim Kalander sehr viel hohere Belastungen als beim Glättwerk auf. Das schlägt sich beim Kalander in einem großen Durchmesser/Längen-Verhaltnis nieder. Ferner bedingt das massive Zapfen- und Lagerausbildungen und schwere Ständer.
Ansonsten haben die Glättwalzen und die Kalanderwalzen jedoch eine wesentliche Gemeinsamkeit. Beide sind tempereriert. Wegen der Bearbeitung von plastifiziertem Kunststoff bedingt das regelmäßig eine Beheizung ggfs. auch eine Kühlung der Walzen. Die Beheizung von Kalanderwalzen ist wegen der notwendigen Materialdicken, in der Regel sind die Kalanderwalzen massiv ausgelegt, schwierig. Deshalb sind am Kreisumfang unter dem Außenmantel Bohrungen vorgesehen, durch die das Heizmedium durchgeleitet wird. Die Bohrungen können nur in erheblichen Abständen voneinander und von der Walzenoberfläche mit ausreichender Genauigkeit in die Kalanderwalzen eingebracht werden. Ursache ist die ungewöhnliche Länge der Bohrungen. Selbst ohne Materialunterschiede verläuft eine normale Bohrung so stark, daß außergewöhnliche Anstrengen erforderlich sind, um die Bohrungen innerhalb der zulässigen Toleranzen einzubringen.
Das zeigt, welcher Aufwand bislang allein mit den Längsbohrungen verbunden ist.
Die Längsbohrungen sind jedoch nicht das alleinige Problem herkömmlicher Kalanderwalzen. Ein weiteres Problem bilden die Verbindungsleitungen, mit denen die außen liegenden Heizleitung/Bohrungen mit einer zentralen Zuführung oder Abführung für das Heizmittel verbunden sind. Diese Bohrungen müssen schräg nach nach innen von außen in das Material der Kalanderwalze eingebracht werden. Dies ist so schwierig, daß nicht für jede der längs verlaufenden Bohrungen auch eine radiale Versorgungsleitung möglich ist. Z. B. wird nur jede zweite Längsbohrung mit einer Radialbohrung verbunden. Zu den Schwierigkeiten gehört neben der Enge im Zentralbereich der Kalanderwalze das schräge Ansetzen der Bohrung in der betreffenden Längsbohrung.
Außerdem müssen Verbindungsbobrungen zu den Längsbohrungen hergestellt werden, die nicht mit den Radialbohrungen erschlossen werden können. Nach dem bisherigen Stand sind an jedem Längsbohrungsende insgesamt vier Bohrungen erforderlich, um ein Bohrungsende mit Bohrungen in Verbindung zu bringen, die mit einer Radialbohrung erschlossen ist. Der Aufwand ist ähnlich extrem wie zu den anderen Bohrungen. Hinzu kommt, daß die Strömungsverteilung schlecht ist.
Die DE 76 00 746 U zeigt eine Kalanderwalze mit einem Kunststoffaußenmantel.
Ein Kunststoffmantel ist für eine Kalanderwalze nicht geeignet.
Die DE 913 697 B und DE 19 52 900 A zeigen Walzen mit den beanspruchten Merkmalen:

a) mit einem Walzenkörper (1) und einem darauf sitzenden Mantel (4)
aa) wobei der Walzenkörper (1) außenseitig mit Nuten (5) versehen ist oder der Mantel (4) innenseitig mit Nuten (5) versehen ist, wobei die Nuten (5) in dem Walzenkörper (1) durch den Mantel (4) zu Heiz- und/oder Kühlleitungen ergänzt werden und die Nuten (5) in dem Mantel (4) durch den Walzenkörper (1) zu Heiz- und/oder Kühlleitungen ergänzt werden,
aaa) wobei sich die Nuten (5) gerade oder wie Gewindegänge an der Außenseite des Walzenkörpers (1) und/oder an der Innenseite des Mantels (4) erstrecken,
b) wobei die Nuten (5) mit Heiz- und/oder Kühlmittel durchströmt werden.

Das allein ist noch unzureichend.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine bessere Kühlung/Beheizung von Kalanderwalzen und Glättwalzen zu schaffen. Das wird mit den Merkmalen des Hauptanspruches erreicht. Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Ausführungsformen.
Die bessere Kühlung/Beheizung ist insbesondere auf folgenden Betrieb der Walze zurückzuführen:

c) mit Heiz- und/oder Kühlmittel Öl,
d) Öltemperatur 150 bis 240 Grad Celsius,
e) Strömungsmenge des Öls 200 bis 1500 Liter pro Minute,
f) Strömungsgeschwindigkeit des Öls 3 bis 6 Meter pro Sekunde und
g) Öldruck 6 bis 60 bar.

Das Öl wird in Nuten geführt, die sich außen am Walzenkörper oder innen im Mantel befinden.
An sich erscheinen Nuten von der Profilgebung weniger geeignet als Bohrungen. Die Nuten haben aber folgende wesentlichen Vorteile:

– die Nuten können durch Veränderung der Form bei gleichem Querschnitt eine größere Oberfläche einnehmen. Die größere Oberfläche erhöht die Berührungsfläche mit dem Heizmittel
– Die Nuten lassen sich spiralförmig bzw. gewindegängig anlegen. Das verlängert die Dauer der Berührung mit dem Heizmittel. Dementsprechend länger und effektiver wird der Wärmeaustausch. Die Nuten lassen sich gewindegängig verlaufend drehen und fräsen.
– Die geradlinig verlaufenden Nuten lassen sich z. B. hobeln und fräsen.

Noch weniger naheliegend als die außen in den Walzenkörper eingebrachten Nuten sind die in dem Mantel innenseitig vorgesehenen Nuten. Die innenseitige Bearbeitung eines Mantels erscheint schwierig, besonders wenn an einen Mantel mit erheblicher Länge gedacht wird. Die Situation entspannt sich jedoch bei Anwendung der Bearbeitung mit Funkenerosion. Bei dieser Bearbeitung wird an den Mantel eine elektrische Spannung angelegt und erhöht, bis sich ein Funken löst und zu einer im Abstand angeordneten Elektrode übergeht. Nach der Erfindung beinhaltet die Elektrode eine Abbildung der gewünschten Innenfläche des Mantels.
Die Funken bilden sich zwar einzeln und unregelmäßig. Die Funkenbildung ist jedoch ganz stark vom Abstand der Elektrode zur Innenfläche des Mantels abhängig. Sie hört auf, wenn ein bestimmter Abstand überschritten wird. Auf diesem Wege entsteht durch Erosion der Innenfläche die gewünschte Verformung der Innenfläche.
Außerdem können die innenseitigen Nuten bei größeren Manteldurchmessern auch gedreht werden
Nach Zusammenfügen des Walzenkörpers mit dem Mantel entsteht eine Walze mit optimaler Stabilität, besserem Wärmeübergang, das heißt besserer Thermodynamik.
Vorzugsweise wird der Mantel auf den Walzenkörper aufgeschrumpft. Das erfolgt durch eine auf Presspassung ausgelegte Innenbohrung des Mantels. Gleichwohl läßt sich der Mantel nach Erwärmung leicht über den Walzenkörper schieben. Nach der Abkühlung wird die Presspassung wirksam.
Die erfindungsgemäßen Nuten haben vorzugsweise eine Tiefe von 8 bis 20 mm. Die Breite ergibt sich aus den anderen Randbedingungen. Die Randbedingungen sind die Strömungsgeschwindigkeit und das Durchströmvolumen. Die Strömungsgeschwindigkeit beträgt vorzugsweise 3 bis 6 Meter pro Sekunde, das Durchströmvolumen 200 bis 1500 Liter pro Minute.
Um bei höheren Durchströmvolumina gleichwohl zu einer günstigen Querschnittsabmessung für die Nuten zu kommen, sind die Nuten bei spiralförmigem bzw. gewindegängigem Verlauf mehrgängig angelegt. Die Mehrgängigkeit beträgt bis zu 8. Das heißt bis zu 8 Nuten verlaufen nebeneinander spiralförmig bzw. gewindegängig in dem Mantel.
Je nach Annahme der Randbedingungen können sich z. B. Nutbreiten ergeben, die 2 bis 6mal so groß sind wie die Nuthöhen
Der Heizmitteldruck beträgt vorzugsweise 6 bis 60 bar. Als Heizmittel kann Wasser oder Öl verwendet werden. Für die Bearbeitung von Kunststoff beträgt die Heizmitteltemperatur je nach Kunststoff 150 bis 240 Grad Celsius.
Die Kühlmittelzuführung und die Kühlmittelableitung können wie bei herkömmlichen Kalanderwalzen zentrisch angeordnet sein. Dabei erstrecken sich die Kanäle als zentrische Bohrungen durch die Lagerzapfen hindurch in die Walze. Von der Zuführung führen wie bei den herkömmlichen Kanälen Verbindungsleitungen zu den die Heizmittelleitungen bildenden Nuten an der Innenseite des Mantels. Von dort führen Verbindungsleitungen zur Heizmittelabführung.
Die Verbindungsleitungen sind vorzugsweise gleichfalls Bohrungen. Nach der Erfindung führt jedoch zu jeder der Nuten eine Leitung. Außerdem können die Verbindungsleitungen bei radialem Verlauf in der Ansicht auf die Ebene, in der die Verbindungsleitungen liegen, anders geneigt als die herkömmlichen Verbindungsleitungen verlaufen. Nach der Erfindung ist der Abstand zwischen den walzeninnenseitigen Enden der Verbindungsleitungen größer als der Abstand zwischen den walzenaußenseitigen Enden der Verbindungsleitungen. Die innenseitigen Enden sind die zuführungsseitige Übergangsstelle von der Zuführung in die Verbindungsleitung und die abführungsseitige Übergangssstelle von der Verbindungsleitung in die Abführung Die außenseitigen Enden sind die zuführungsseitige Übergangsstelle von der Verbindungsleitung in die Nuten und die abführungsseitige Übergangsstelle von den Nuten in die Verbindungsleitung.
Der erfindungsgemäße Verlauf der Verbindungsleitungen führt zu einer besonders günstigen Erwärmung der Walzen.
Eine andere Einzelheit mit erheblicher praktischer Bedeutung ist die Verwendung von Stahl mit einem Elastizitätsmodul größer 2 anstelle von z. B. Grauguß in herkömmlichen Walzen.
Der höhere Elastizitätsmodul bewirkt eine höhere Festigkeit der Konstruktion, insbesondere eine höhere Biegefestigkeit. Die Walze hat dadurch eine erhöhte Formsteifigkeit.
Günstig ist die Verwendung einheitlicher Werkstoffe für den Walzenkörper und den Mantel.
Trotz der Presspassung zwischen Mantel und Walzenkörper ist eine Abdichtung des Spaltes von Vorteil. Nach der Erfindung wird die Abdichtung vorzugsweise mittels eine O-Ringes anstelle herkömmlicher Stopfbuchsen erreicht. Der O-Ring wird vorzugsweise mit einem Spannring in den Spalt gedrückt. Bei dem Spannring kann es sich um einen mit Schrauben anstellbaren Ring handeln.
Die erfindungsgemäßen Kalanderwalzen haben z. B. Durchmesser von 300 bis 800 mm und Längen von 1000 bis 8000 mm.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. 1 zeigt eine Walzenseite mit einer Ölzuführung, 2 die Walzenseite mit einer Ölabführung, 3 eine Einzelheit.
Die erfindungsgemäße Kalanderwalze besteht im Ausführungsbeispiel aus einem Walzenkörper 1 und einem Mantel 4. Der Walzenkörper hat die bekannte Form mit zwei Lagerzapfen 2 kleineren Durchmessers. Im Ausführungsbeispiel beträgt der Gesamtaußendurchmesser der Kalanderwalze 600 mm, der der Lagerzapfen 400 mm.
Der Walzenkörper 1 wird von einer zentrischen Bohrung 3 durchdrungen. Die Bohrung 3 dient der Zuführung und Abführung von Öl zur Temperierung der Walze. Das Öl wird an dem in 1 dargestellten Ende zugeführt und verteilt sich von der Bohrung 3 aus auf vier radial und zugleich geneigt verlaufende Bohrungen 6. Die Bohrungen 6 bilden die Verbindungsleitungen zu viergängigen Nuten 5.
Damit das Öl nicht an den Bohrungen 6 vorbeiströmt, ist in der Bohrung 3 hinter der Öffnung der Bohrungen 6 ein nicht dargestellter Stopfen vorgesehen.
Die Nuten 5 sind innenseitig in den Mantel 4 eingearbeitet und verlaufen spiralförmig bzw. wie Gewindegänge. Viergängig heißt, daß vier Nuten 5 nebeneinander verlaufen. Zu jeder dieser Nuten 5 führt eine Bohrung 6. Das erwärmte Öl durchströmt anschließend den gesamten Mantel auf einer Mantellänge von 1700 mm. Der Weg des Öles ist aufgrund des Verlaufes dabei ein Mehrfaches der Mantellänge. Auf dem Weg gibt das Öl seine Wärme an den Mantel 4 ab.
Das Öl tritt am Ende des Mantels 4 aus den Nuten 5 in Bohrungen 7 ein, die wie die Bohrungen 6 radial und zugleich geneigt verlaufen und als Verbindungsleitungen dienen. Die Bohrungen 7 führen das Öl zur Austrittsseite der Bohrung 3 ab
Die Neigung der Bohrungen 6 und 7 ist dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand ihrer Öffnungen zur Bohrung 3 bin größer als der Abstand der Öffnungen zu den Nuten 5 hin ist. Das führt zu einer günstigen Erwärmung der Walzenschultern.
Die Bohrungen 6 und 7 haben im Ausführungsbeispiel einen Durchmesser von 30 mm und lassen sich relativ leicht einbringen, wenn der Walzenkörper ohne Mantel bearbeitet wird.
Die Nuten 5 haben im Ausführungsbeispiel eine Tiefe 9 von etwa 13 mm. Ihre Breite 8 ist 52 mm. Die Wanddicke des Mantels 4 beträgt 38 mm und im Nuttiefsten 25 mm. Aufgrund dieser Wanddicke ist eine ausreichende Festigkeit gewährleistet.
Die Öltemperatur wird so geführt, daß die Walzenaußentemperatur ein gewünschtes Maß hat. Das Maß ist von dem jeweils verarbeiteten Kunststoff abhängig.
Die Temperaturführung erfolgt in einem nicht dargestellten Erhitzer und Wärmetauscher, der im Ölkreislauf angeordnet ist.
Das Öl wird im Ausführungsbeispiel mit einer Geschwindigkeit von 4,5 Metern pro Sekunde durch die Nuten 4 gedrückt. Zur Erzeugung des dafür notwendigen Druckes und zur Regelung der Geschwindigkeit ist eine Druckpumpe im Ölkreislauf vorgesehen.
Der Walzenkörper 1 und der Mantel 4 bestehen aus Stahl mit hoher Biegefestigkeit und vorteilhafter Wärmeübertragungsfähigkeit.
Zwischen dem Mantel 4 und dem Walzenkörper besteht eine Presspassung mit einem Untermaß der Mantelbohrung von 0,23 mm gegenüber dem Außendurchmesser des Walzenkörpers 1. Gleichwohl läßt sich der Mantel 4 nach einer Erwärmung leicht über den Walzenkörper 1 schieben. Durch Abkühlung schrumpft der Mantel 4 auf dem Walzenkörper 1 fest. Nach der Abkühlung besteht trotz der Erwärmung der Kalanderwalze für die Bearbeitung von Kunststoffkerne Gefahr, daß sich der Mantel 4 wieder von dem Walzenkörper 1 löst. Ursache ist, daß nicht nur der Mantel 4 sich unter der Erwärmung ausdehnt, sondern auch der Walzenkörper.
3 zeigt die Abdichtung der Nuten 5 und des Spaltes zwischen dem Walzenkörper 1 und dem Mantel 4. Nach 3 sind die Nuten am Ende verschlossen und wird der Spalt zusätzlich mittels eines O-Ringes 10 abgedichtet. Der O-Ring wird durch einen Spannring 11 in den Spalt gedrückt. Der Spannring 11 wird mit Schrauben 12 angestellt.

Claims

Verfahren zur Temperierung einer Kalanderwalze oder Glättwalze aus Stahl mit einem Durchmesser von 300 bis 800 mm und einer Länge von 1000 bis 8000 mm zur Bearbeitung von Kunststoff-Folien und -Bahnen, a) wobei eine Walze verwendet wird, die aus einem Walzenkörper (1) und einem darauf sitzenden Mantel (4) besteht, aa) wobei der Walzenkörper (1) außenseitig mit Nuten (5) versehen ist oder der Mantel (4) innenseitig mit Nuten (5) versehen ist, wobei die Nuten (5) in dem Walzenkörper (1) durch den Mantel (4) zu Heiz- und/oder Kühlleitungen ergänzt werden und die Nuten (5) in dem Mantel (4) durch den Walzenkörper (1) zu Heiz- und/oder Kühlleitungen ergänzt werden, aaa) wobei sich die Nuten (5) gerade oder wie Gewindegänge an der Außenseite des Walzenkörpers (1) und/oder an der Innenseite des Mantels (4) erstrecken, b) wobei die Nuten (5) mit Heiz- und/oder Kühlmittel durchströmt werden, c) wobei als Heiz- und/oder Kühlmittel Öl verwendet wird, d) wobei die Öltemperatur 150 bis 240 Grad Celsius beträgt, e) wobei die Strömungsmenge des Öls 200 bis 1500 Liter pro Minute beträgt, f) wobei die Strömungsgeschwindigkeit des Öls 3 bis 6 Meter pro Sekunde beträgt und g) wobei der Öldruck 6 bis 60 bar beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Mantels (4), der auf den Walzenkörper (1) aufgeschrumpft ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Walzenkörpers (1) oder eines Mantels (4), dessen Nuten eine Tiefe von 8 bis 20 mm besitzen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (5) durch Drehen und/oder Fräsen und/oder durch Hobeln und/oder durch Funkenerodierung hergestellt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Walzenkörpers (1) oder eines Mantels (4) mit mehrgängigen Nuten (5).
Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Walzenkörpers (1) oder eines Mantels (4) mit Nuten (5), deren Mehrgängigkeit bis 8 beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch Verwendung einer zentrischen Kühlmittel bzw. Heizmittelzuführung (3) an einem Kalanderwalzenende und/oder eine zentrische Kühlmittel- und/oder Heizmittelabführung (3) am anderen Kalanderwalzenende und radial verlaufenden Verbindungsleitungen (6, 7) von der Zuführung zur Nut (5) und von der Nut (5) zur Abführung, wobei in der Ansicht auf die Ebene, in der die Verbindungsleitungen (6, 7) liegen, die Verbindungsleitungen (6, 7) zu der Längsachse so geneigt sind, daß der Abstand zwischen den Übergangsstellen von der Zuführung in die Verbindungsleitung (6) und von der anderen Verbindungsleitung (7) in die Abführung größer als der Abstand zwischen der Übergangsstelle der Verbindungsleitung (6) in die Heiz- bzw. Kühlleitungen (5) und der Übergangsstelle von der Heiz- bzw. Kühlleitung (5) in die Verbindungsleitung (7) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mantel aus Stahl mit einem Elastizitätsmodul von mehr als 2 verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch die Verwendung einheitlichen Materials für den Mantel (4) und den Walzenkörper (1).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch Verwendung einer zusätzlichen Ringspaltdichtung an den Enden des aufgeschrumpften Mantels (4).
Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Ringspaltdichtung, bestehend aus einem O-Ring (10) und einem Andruckring (11).