DE19750459A1 - Kalander zum Perforieren einer Bahn - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kalander nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Verwendung nach An­ spruch 4.

Solange es Vliese aus thermoplastischen Fasern in größerem Umfang gibt. d. h. seit etwa zwei oder drei Jahrzehnten, besteht ein Bedürfnis danach, diese Vliese über ihre Flä­ che gleichmäßig zu lochen. Zur Herstellung dieser Lochun­ gen wurde die Vliesbahn durch ein Walzenpaar geleitet, bei dem eine Walze Nadeln oder Stifte trug, die in entspre­ chende Vertiefungen der gegenüberliegenden Walze eingriff (GB 21 03 933 A, US 4 758 297 A). Die Arbeitsgeschwindig­ keiten mit solchen Vorrichtungen waren begrenzt, die Aus­ bildung der Lochungen wegen des nicht-radialen Eingriffs der Nadeln oder Stifte nicht sauber und der Aufwand für die Herstellung der Gravurwalzen und durch deren raschen Verschleiß erheblich.

Bei einer anderen Art der Perforierung wurde nicht durch die Vliesbahn mit entsprechenden Spitzen hindurchgesto­ chen, sondern es arbeitete eine Gravurwalze gegen eine glatte Gegenwalze mit Friktion, wie es beispielsweise in der DE-AS 26 14 160 beschrieben ist. Auch dieses Verfahren hat sich nicht durchsetzen können, weil durch die Friktion der Verschleiß der teuren Gravurwalze erheblich war.

Ohne Friktion arbeitet der Kalander nach der DE 34 16 004 A1. Eine Gravurwalze aus Stahl und eine glatte Gegenwalze aus Stahl laufen mit gleicher Umfangsgeschwindigkeit um und bilden ein Walzenpaar, durch das ein Vlies aus thermo­ plastischem Fasern hindurchgeleitet wird. Die Erhebungen der Gravur liegen mit ihren Stirnseiten gegen die Gegen­ walze an und schmelzen, da beheizt, die dazwischen einge­ klemmten Anteile des Vlieses auf und verdrängen die ge­ schmolzene Masse an den Rand der Stirnseite der Gravur­ fläche. Dort erstarrt das geschmolzene thermoplastische Material und bildet Verbindungszonen, die durch das Ver­ drängen gebildete Lochungen umranden und das Vlies gleich­ zeitig stabilisieren.

Dadurch, daß die Gravur mit ihren Stirnflächen unmittelbar gegen die aus Stahl bestehende Gegenwalze anliegt, ist aber auch bei dieser Ausführungsform der Verschleiß einer Gegenwalze uns insbesondere an der Gravurwalze so hoch gewesen, daß sich das Verfahren nicht im größeren Umfang hat durchsetzen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungs­ gemäßen Stand der Technik so weiter zu entwickeln, daß eine Produktion von perforiertem Vlies aus thermoplasti­ schen Fasern mit hoher Arbeitsgeschwindigkeit und wesent­ lich verbesserter Standzeit der Kalanderwalzen möglich ist.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 wiedergegebenen Erfindung gelöst.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß der Mechanismus der Lochbildung in dem Vlies durch Aufschmelzen des zwi­ schen der Stirnfläche einer Gravurerhebung und der Gegen­ walzen befindlichen Flächenanteils des Vlieses und Ver­ drängung der geschmolzenen Masse an den Rand der Stirn­ fläche auch dann funktioniert, wenn die Oberfläche der Gegenwalze nicht aus Stahl besteht. Die Oberfläche der Gegenwalze soll zwar nicht weich sein, damit sie unter dem Druck der Gravurerhebung im wesentlichen ihre Gestalt behält und den Verdrängungsmechanismus ermöglicht. Dabei entfällt aber die verschleißträchtige Anlage von Metall­ teilen gegeneinander. Die Erhebungen der Gravur werden durch das Zusammenwirken mit einer Kunststoffoberfläche geschont.

Ein wichtiger Umstand besteht darin, daß der Aufschmelz­ vorgang an den beheizten Gravurerhebungen wesentlich wirk­ samer vonstatten geht, weil die Gegenfläche in Gestalt des Kunststoffbelages - verglichen mit einer Stahloberfläche - eine wesentlich geringere Wärmeleitfähigkeit aufweist, so daß die von der Gravurerhebung in das Vlies eingetragene Wärme nicht etwa in die Gegenwalze abfließt, sondern im wesentlichen im Bereich der Gravurerhebung verbleibt, so daß dort die Temperatur im Vlies schneller steigt, was dem Verdrängungsmechanismus förderlich ist und eine Steigerung der Arbeitsgeschwindigkeit ermöglicht.

Kalander mit einer Gravurwalze, die friktionsfrei gegen eine Gegenwalze mit einem harten Kunststoffbelag arbeitet, sind aus der DE 23 13 873 C3 an sich bekannt. Hierbei geht es aber gerade nicht um die Herstellung von Perforationen in einem Vlies, sondern um die Erzeugung von durchsichti­ gen Fenstern in den gemusterten Flächen eines Vlieses.

Durch Lochungen des Vliesstoffes sollen durch geeignete Bemessung des Drucks im Walzspalt gerade vermieden werden.

Härtere Kunststoffbeläge sind bevorzugt. Es kommen also insbesondere harte Kunststoffbeläge gemäß Anspruch 2 mit mehr als 85 Shore D bzw. nach Anspruch 3 mit mehr als 90 Shore D in Betracht.

In Frage kommen vorzugsweise Beläge, die aus einer glasfa­ serverstärkten Epoxiharz-Matrix bestehen, wobei insbeson­ dere Glas-, Kunststoff- oder Kohlefasern verwendet werden können. Die Belagstärke auf einer zylindrischen Innenwalze aus Stahl kann im Bereich von 5-20 mm liegen.

Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, wenn die Bahn vor dem Passieren des Kalanders thermisch verfestigt wird (An­ spruch 4), damit die Fasern des Vlieses vor dem Einlaufen in den Walzspalt nicht mehr lose, sondern zu einer geome­ trisch definierten Struktur zusammengefaßt sind. Dadurch wird einem unerwünschten Anhaften einzelner Fasern an der heißen Gravurwalze und einem Verkleben derselben mit ther­ moplastischem Material vorgebeugt.

Nach dem Verlassen des Walzspalts ist die Bahn des Vlieses durch die vielen aufgeschmolzenen Berandungen der Perfora­ tionslöcher ziemlich steif und brettig. In Fällen, in denen dies nicht erwünscht und ein weicherer Griff des Vliese angestrebt ist, empfiehlt es sich nach Anspruch 5, dem Kalander eine Einrichtung zum Brechen der perforierten Bahn des Vlieses nachzuschalten.

Die Erfindung verkörpert sich gemäß Anspruch 6 auch in einer Verwendung eines Kalanders etwa nach der DE 23 13 873 C3 zu dem dort gerade nicht erwünschten Perforieren einer Bahn aus einem thermoplastischen Vlies.

Die Versuche haben gezeigt, daß sich Arbeitsgeschwindig­ keiten im Bereich von 200 bis 300 m/min erreichen lassen (Anspruch 7).

Arbeitsgeschwindigkeit und Druck im Walzspalt sind aufein­ ander und auf die Art des Vlieses abzustimmen.

Dabei kann die Gravurwalze auf Oberflächentemperaturen bis etwa 300°C beheizt werden.

Die Gegenwalze ist dabei im allgemeinen untemperiert. Sie nimmt jedoch durch das Zusammenarbeiten mit der heißen Gravurwalze im stationären Betrieb ebenfalls eine erhöhte Temperatur von selbst an.

Bei einem Vlies aus einem Polypropylen mit einem Schmelz­ punkt von 170°C kann die Gravurwalze bei einer Arbeits­ geschwindigkeit, d. h. Umfangsgeschwindigkeit von 100 m/min auf eine Oberflächentemperatur von 180°C beheizt sein, bei einer Umfangsgeschwindigkeit von 200 m/min auf eine Ober­ flächentemperatur von 220°C (Anspruch 9).

Eine wichtige Größe für die Erzielung einer einwandfreien Perforation ist der Druck im Walzspalt. Dieser ist im Einzelfall an die Eigenschaften des Vlieses, die Arbeits­ geschwindigkeit und die Gravurwalze und ihre Temperatur anzupassen. In Betracht kommende Linienkräfte liegen etwa im Bereich von 600 bis 1000 N/cm Walzenlänge (Anspruch 10).

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt.

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Kalanders;

Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht des Walzenspalts des Ka­ landers der Fig. 1 in vergrößertem Maßstab;

Fig. 3 zeigt eine Fig. 1 entsprechende Ansicht des um eine Brechwalze erweiterten Kalanders nach Fig. 1;

Fig. 4 zeigt eine entsprechende Ansicht eines um eine andere Brechvorrichtung erweiterten Kalanders nach Fig. 1.

Der in Fig. 1 wiedergegebene Kalander umfaßt eine Gravur­ walze 1 aus Stahl und eine Gegenwalze 2, die auf einem zylindrischen Walzenkörper 3 einen harten Kunststoffbelag 4 von beispielsweise 90 Shore D trägt. Die Walzen 1, 2 bil­ den zwischen sich einen Walzspalt 5, in den eine vorver­ festigte Vliesbahn V eingeleitet wird. Da es auf die Ein­ leitung eines über die Bahnbreite gleichmäßigen Linien­ drucks in dem Walzspalt 5 sehr ankommt, ist mindestens eine der beiden Walzen 1, 2 als durchbiegungssteuerbare Walze ausgebildet. Die Walzen 1, 2 sind an ihren Enden in einem Maschinengestell gelagert und werden in Pfeilrich­ tung gegeneinander gedrückt.

Die im Sinne der Pfeile 6 mit gleicher Umfangsgeschwindig­ keit umlaufenden Walzen 1, 2 berühren einander im Walzspalt 5. Der Kunststoffbelag 4 der Gegenwalze 2 hat eine glatte zylindrische Oberfläche 7. Die Gravurwalze 1 trägt über ihre ganze Oberfläche gleichmäßig und mustermäßig verteil­ te Gavurerhebungen 8, deren äußeren Stirnflächen 9 in einer Zylinderfläche 10 gelegen sind. Die Gravurerhebungen 8 haben in dem Ausführungsbeispiel einen rautenförmigen Querschnitt, in einer Tangentialebene der Zylinderfläche 10 gesehen, und die größte Abmessung des Querschnitts be­ trägt einige wenige Millimeter, z. B. 2 mm. Die lichten Abstände zwischen den einzelnen Gravurerhebungen 8 liegen in der gleichen Größenordnung.

Das Vlies V ist vorverfestigt, damit die Fasern zusammen­ gehalten werden und nicht vorzeitig und einzeln mit der auf 220°C beheizten Oberfläche der Gravurwalze 1 in Berüh­ rung kommen. Beim Umlauf der Walzen 1, 2 im Sinne der Pfei­ le 6 und der Vorwärtsbewegung des Vlieses V im Sinne des Pfeiles 11 wird das Vlies V zwischen der Stirnseite der Gravurerhebung 8' und dem Umfang 7 der Walze 2 kompri­ miert, und es wird Wärme aus der Gravurerhebung 8' in das Vlies V übertragen, wodurch dieses in der Umgebung der Gravurerhebung 8' zu erweichen und zu schmelzen beginnt, was in Fig. 2 durch die gepunktete Wiedergabe der entspre­ chenden Querschnittsbereiche angedeutet sein soll. Dabei strömt die Wärme nicht etwa in größerer Menge aus dem der Stirnfläche 9' der Gravurerhebung 8' vorgelagerten Bereich des Vlieses V in den Kunststoffbelag 4 ab, weil dieser eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist und in der zur Verfügung stehenden kurzen Zeit ein wesentlicher Abtrans­ port nicht möglich ist.

Die Gravurerhebung 8'' hat schon die engste Stelle des Walzspalts 5 erreicht und liegt mit ihrer Stirnseite 9'' praktisch an dem Außenumfang 7 des Kunststoffbelages 4 an. Das geschmolzene Material der Zone 12 ist durch den Druck der Gravurerhebung 8'' zwischen deren Stirnseite 9'' und dem Außenumfang 7 des Kunststoffbelages 4 verdrängt worden und bildet einen die Gravurerhebung 8'' umgebenden kom­ paktierten Ring 13 in dem Material des Vlieses V. Zwischen der Stirnseite 9'' und der Umfangsfläche 7 verbleibt kein Vliesmaterial mehr, so daß dort eine Perforationslochung 14 entsteht, die von dem kompaktierten Ring 13 umgeben bleibt, der nicht wieder zusammenfließt, sondern die ge­ bildete Perforationslochung frei läßt, wenn sich die Gra­ vurerhebungen 8 wieder aus den gebildeten Perfora­ tionslochungen 14 herausbewegen, wie es auf der rechten Seite der Fig. 2 ersichtlich ist.

Wesentlich ist, daß das geschmolzene Material des Vlieses V im Walzspalt 5 von der Stirnfläche 9'' der dortigen Gravurerhebung 8'' ganz verdrängt wird, daß dort in Ge­ stalt des Kunststoffbelages 4 eine Gegenfläche mit gerin­ ger Wärmeleitfähigkeit gegenübersteht und daß an der Stirnfläche 9'' keine metallische Reibung stattfindet.

In Fig. 3 ist das Walzenpaar der Fig. 1 durch eine Brech­ walze 15 mit einem weichen Kunststoffbelag 16 ergänzt, die an der Gegenwalze 2 auf der der Gravurwalze 1 gegenüber­ liegenden Seite anliegt und das in dem Walzspalt 5 perfo­ rierte Vlies in einem Walzspalt 25 bricht, um die durch die Perforationslochungen 14 umgebenden Ringe 13 aus ver­ drängtem geschmolzenen Material erzeugte Brettigkeit des Vlieses herabzusetzen.

In Fig. 4 ist eine Ausführungsform wiedergegeben, in wel­ cher dem Walzenpaar 1, 2 eine Kühlstrecke 17 nachgeschaltet ist, in welcher das Vlies V aus einer Düseneinrichtung 18 mit Kühlluft beblasen wird, um die Plastizität des Vlieses von der darin gebildeten Ringe 13 um die Perforationen 14 herabzusetzen. Die Bahn des Vlieses V passiert anschlie­ ßend einen Satz von vier einander parallelen, quer zur Bahn umlaufenden Rollen 19 geringen Durchmessers, über die das Vlies V im Zickzack geführt ist, so daß durch die Hin- und Herbiegung eine Brechwirkung eintritt.

Claims (12)

1. Kalander zum Perforieren einer Bahn (20) aus einem Vlies (10) aus thermoplastischen Fasern,
mit einer umlaufenden beheizten Gravurwalze (1) aus Stahl,
mit einer mit gleicher Umfangsgeschwindigkeit umlau­ fenden Gegenwalze (2) mit glatter zylindrischer Oberfläche (7),
mit Mitteln zum Hindurchleiten der Bahn (20) durch den Walzspalt (5) zwischen der Gravurwalze (1) und der Gegenwalze (2)
und mit Mitteln zum Gegeneinanderpressen der Gravur­ walze (1) und der Gegegenwalze (2) derart, daß die Gravur in der Bahn (20) beim Passieren des Walzspalts (5) durch das Vlies (V) hindurchgehende Perforationslochungen (14) erzeugt,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Gegenwalze (2) einen Kunststoffbelag (4) mit einer Härte von 50 bis 95 Shore D aufweist.

2. Kalander nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffbelag (4) eine Härte von mehr als 85 Shore D aufweist.

3. Kalander nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffbelag (4) eine Härte von mehr als 90 Shore D aufweist.

4. Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ihm eine Einrichtung zur Vorverfestigung der Bahn (20) des Vlieses (V) vorgeschaltet ist.

5. Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ihm eine Einrichtung (15; 18, 19) zum Brechen der perforierten Bahn (20) des Vlieses (V) nachgeschaltet ist.

6. Verwendung eines Kalanders
mit einer umlaufenden beheizten Gravurwalze (1) aus Stahl,
mit einer mit gleicher Umfangsgeschwindigkeit umlau­ fenden Gegenwalze (2) mit einem harten Kunststoffbelag (4) mit glatter zylindrischer Oberfläche (7),
mit Mitteln zum Hindurchleiten einer Bahn (20) durch den Walzspalt (5) zwischen der Gravurwalze (1) und der Gegenwalze (2)
zum Perforieren einer Bahn (20) aus einem Vlies (V) aus thermoplastischen Fasern.

7. Verwendung nach Anspruch 6, wobei die Umfangsgeschwindigkeit der Gravurwalze (1) und der Gegenwalze (2) 200 bis 300 m/min beträgt.

8. Verwendung nach Anspruch 6 oder 7,
wobei die Gravurwalze (1) auf einer Oberflächentempe­ ratur von bis zu 300°C beheizt ist.

9. Verwendung nach Anspruch 8,
wobei bei einem Vlies (V) aus Polypropylen mit einem Schmelzpunkt von 170°C die Gravurwalze (19) bei einer Umfangsgeschwindigkeit von 100 m/min auf eine Oberflächen­ temperatur von 180°C beheizt ist, bei einer Umfangsge­ schwindigkeit von 200 m/min auf eine Oberflächentemperatur von 220°C.

10. Verwendung nach einem der Ansprüche 6 bis 9,
wobei die Linienkraft im Walzspalt (5) 600 bis 1000 N/cm Walzenlänge beträgt.

11. Verwendung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahn (20) des Vlieses (V) vor dem Passieren des Walzspalts (5) thermisch vorver­ festigt wird.

12. Verwendung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahn (20) des Vlieses (V) nach dem Verlassen des Walzspalts (5) gebrochen wird.