DE2543738B2 - Kalander für Folien aus thermoplastischem Kunststoff oder elastomerem Material - Google Patents
Kalander für Folien aus thermoplastischem Kunststoff oder elastomerem MaterialInfo
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Description
Die Erfindung richtet sich auf einen Kalander der im Oberbegriff des Patentanspruchs definierten Art für
Folien aus thermoplastischem Kunststoff oder elastomerem Material.
Bei derartigen Kalandern setzt das verarbeitete Material seiner Verformung einen Widerstand entgegen,
den der Kalander zu überwinden hat. Die erforderliche Verformungsarbeit wird durch die Antriebsmotoren
der Kalanderwalzen aufgebracht und durch die Walzen auf die plastische Masse übertragen.
Dabei baut sich in dem Walzenspalt ein Druck auf, der einerseits die plastische Masse zu verformen, andererseits
die Kalanderwalzen auseinanderzudrücken oder durchzubiegen trachtet. Der Druck ist umso größer, je
höher die Zähigkeit des verarbeiteten Materials, je größer der Walzendurchmesser, je höher die relative
Walzenumfangsgeschwindigkeit und je geringer die Spaltdicke zwischen den Walzen ist. Dieser Druck darf
nicht beliebig hoch ansteigen, da die Dicke der Folienbahn über die gesamte Breite entsprechend den
Anforderungen in der Praxis möglichst klein und gleichmäßig gehalten werden muß, und weil der
Festigkeit und dem Biegewiderstand der Kalanderwalzen und ihrer Lager Grenzen gesetzt sind.
Daraus folgt, daß kritische Durchbiegungen der Walzen sich dadurch vermeiden ließen, daß man den
Verformungswiderstand der verarbeiteten Masse durch eine höhere Erhitzung herabsetzt, daß man den
Walzendurchmesser oder den Walzenspalt vergrößert und daß man die Relativgeschwindigkeit der Walzen
oder die Walzenballenlänge verringert. Eine größere Erhitzung des verarbeiteten Materials scheitert meist
daran, daß viele Folienmaterialien, ohne deutlich zutage tretende chemische Abbauerscheinungen zu zeigen, sich
nicht beliebig hoch erhitzen lassen und manche sogar oberhalb bestimmter Temperaturen schon innerhalb der
für die Verarbeitung erforderlichen Zeit Zersetzungserscheinungen zeigen, die sich in Verfärbungen und/oder
Abspaltungen chemischer Verbindungen, z. B. Chlorwasserstoff, äußern. Auch die Vergrößerung des
Walzendurchmessers ist ungünstig, weil die durch die Gleichmäßigkeit, Glätte und Freiheit von Fehlstellen
und Lufteinschlüssen bestimmte Qualität der herzustellenden Folie im besonderen Maße von der entstehenden
Friktionswärme und damit vom Walzendurchmesser abhängt. Ebenso ist für die Herstellung einer Folie guter
Qualität ein Mindestwert der Relativgeschwindigkeit zweier einen Spalt bildenden Walzen einzuhalten.
Die Reduzierung der Walzenballenlänge würde eine im Zuge vorangetriebener Rationalisierung unerwünschte
Verringerung der nutzbaren Folienbreite zur Folge haben. Die Herstellung schmaler Folien gilt
nämlich als unwirtschaftlich, da breite Folien bei nahezu gleichem Aufwand in der gleichen Zeiteinheit ein
Mehrfaches an Fläche ergeben.
Zur Verringerung der vorbeschriebenen Nachteile hat man sich deshalb hauptsächlich zwei Systemen,
gegebenenfalls in Kombination, zugewandt, nämlich der sog. »Schrägstellung« und der sog. »Bombage«. Die
»Schrägstellung« oder das »Walzenkreuzen« hat aber den Nachteil, daß vor dem Walzenspalt ein über seine
to Länge ungleichmäßiger Knet entsteht, und die Bombage
zu vermeiden, ist wegen der komplizierten und aufwendigen Herstellung der Walzen und wegen der
Tatsache, daß eigentlich jedes Material seine eigene Bombierungskurve erfordern würde, für jeden Και
5 Ianderbauer und -betreiber ein Anliegen.
Eine spezielle Form der Bombage schlägt die DE-OS 16 29 809 vor, nach der eine ballige oder bombierte
Walze mindestens als vorletzte Walze zwischen normalen zylindrischen Walzen angeordnet ist In dem
Kalibrierspalt zwischen der vorletzten und der letzten
Walze wird ein gleicher paralleler Walzenabstand dadurch aufrechterhalten, daß die vorletzte Walze eine
solche Bombierung erhält, daß sie mit der Krümmung der letzten Walze zusammenpaßt, wenn jene vorletzte
Walze ungebogen und die letzte Walze maximal durch Biegung gekrümmt wäre. Bei anderen von dieser
Einstellung abweichenden Walzentrennkräften wird entsprechend die Filmdicke im vorletzten Walzenspalt
zum letzten Walzenspalt geändert bzw. eingestellt, um
jo den gleichen parallelen Walzenabstand zwischen letzter
und vorletzter Walze einzuhalten. Auch dieses System konnte in der Praxis nicht befriedigen, weil auch hierbei
die aufwendige und teure Herstellung einer bombierten Walze erforderlich war und Durchbiegungen der
anderen Walze nicht nur in Kauf genommen, sondern gerade/u erzeugt wurden, die zu vermeiden Ziel der
Erfindung ist. Es versteht sich im übrigen, daß Bombierungen desto schwieriger gleichmäßig durchgeführt
werden können, je größer die Walzenballenlänge ist. Insbesondere bei Polyvinylchlorid hoher K-Werte
treten bei vorbekannten Kalandern so starke Biegekräfte auf, daß Kalander von über 1800 mm Ballenlänge und
von unter 550 mm Durchmesser für die Verarbeitung dieses Materials bisher nicht projektiert wurden.
In dem Aufsatz »Technische Entwicklung von Kunststoff-Kalanderanlagen«, erschienen in der Zeitschrift
»Plastverarbeiter« 1974, Hefte 1/2, ist bereits gesagt, es sei möglich, die Spaltlastverteilung in den
einzelnen Walzenspalten zu erfassen und sichtbar zu machen und damit auch die Möglichkeit gegeben, die
Spaltlastverteilung durch eine entsprechende Maschineneinstellung innerhalb eines Kalanders ausgewogener
vorzunehmen. Diese allgemeinen, mehr visionären Gedanken sagen jedoch nichts darüber aus, in welcher
Richtung eine »ausgewogene« Maschineneinstellung vorgenommen werden soll und wie auf diese Weise
Durchbiegungen der Walze vermieden oder stark reduziert werden können, ohne die Folienqualität zu
beeinflussen.
In dem Aufsatz »Ziel aller Bemühungen: Vollautomatischer Kalander« in der Zeitschrift »Kunststofftechnik«
1973, Heft 12, ist festgestellt, daß etwa 150 Parameter
die Folienqualität beeinflussen, so daß, obwohl viele dieser Parameter in engster Beziehung zueinander
bs stehen, es nicht einmal dem erfahrensten Kalanderführer
möglich ist, sich auf alle Parameter optimal einzustellen. In dem Aufsatz wird deshalb empfohlen,
einen Prozeßrechner einzuschalten, dem man ein
Programm einzuspeisen habe, das die gemessenen Walzenverformungen verwertet und das Durchspielen
aller Lastfälle erlaubt, woraus sich Korrekturmaßnahmen rechnerisch bestimmen lassen. Hier sind aber
Korrekturmaßnahmen, zu denen ja auch die erwähnten und als nicht befriedigend und zu aufwendig erkannten
Walzenschrägstellungen, Bombagen, zwangsweise herbeigeführte Walzendurchbiegungen usw. gehören würden,
nur sehr allgemein angesprochen, und alle Las tfälle durchzuspielen, ist ein komplizierter Weg. ι ο
Der Erfindung lag deshalb die Aufgabe zugrunde, einen aus zylindrischen, achsparallel angeordneten
Walzen aufgebauten Kalander der angegebenen Art zu schaffen, bei dem die Durchbiegung auch längerer
Walzen vermieden bzw. auf ein zulässiges Maß verringert wird, ohne daß man zu zu großen, die
Qualität negativ beeinflussenden Walzen-Durchmessern Zuflucht zu nehmen gezwungen ist, und zwar
sowohl im Hinblick auf die Qualität der hergestellten Folie als auch um Beschädigungen der Walzen oder
ihrer Lager auszuschließen.
Diese Aufgabe löst die Erfindung mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegebenen
Mitteln.
Gegenüber den vorbekannten Maßnahmen, die mindestens für eine Walze eines Kalanders eine
besondere Form oder ihre schräge Stellung η Raum vorschreiben, hat der Kalander nach der Erfindung den
Vorteil, daß für ihn nur sozusagen »normale« zylindrische Walzen mit jeweils parallel zueinander stehenden ω
Achsen betrieben und damit sowohl auf die teure Herstellung bombierter Walzen verzichtet als auch
Falscheinstellungen bei sich kreuzenden Walzen vermieden werden können.
In Richtung auf die Tendenz des Einsatzes möglichst J5
dünner Walzen gestattet ferner die Anwendung der Erfindung erst das sog. Stützwalzensystem mit Erfolg zu
benutzen, bei dem in bekannter Weise die Walzenbiegung dünnerer Arbeitswalzen durch dickere Stützwalzen
verringert werden soll.
Da im Betrieb eines Kalanders nach der Erfindung Walzendurchbiegungen nur während der im Bedarfsfalle
ständig vorgenommenen Nachsteuerung auftreten können und diese Durchbiegungen immer wieder sofort
behoben werden, sind längere Zeit anhaltende überkritisehe Durchbiegungen ausgeschlossen, selbst dann, wenn
einmal verhältnismäßig hohe Drücke erzeugt werden sollten.
Dabei wird für die Steuerung nur eine Größe, nämlich der im Walzenspalt entstehende Druck, gemessen und
nur eine Größe, nämlich die Walzenspaltweite, gesteuert, wodurch ein einfaches, schnell ansprechendes,
kaum störanfälliges, überschaubares und durchschaubares System geschaffen wird.
In der Zeichnung ist die Erfindung am Beispiel eines automatisch gesteuerten Sechs-Walzen-Kalanders
schematisch und stark vereinfacht zur Anschauung gebracht. Dieser Kalander verwirklicht das sog.
Stützwalzenprinzip nach der US-PS 33 66 992, und die Anordnung der Walzen ist die eines L-Kalanders mit bo
den Walzen 1 bis 6, wobei die Walze 1 als Einzugswalze waagerecht neben der Walze 2 und die Walzen 2 bis 6
senkrecht übereinander angeordnet sind. Die Walze 4, dargestellt durch die Lagerung 7, ist eine sog.
»Festwalze«, also nicht verstellbar. Außerdem wird bei der Erläuterung anhand der schematisrhen Zeichnung
davon ausgegangen, daß alle Walzen der Druckausgleichssteuerung unterliegen.
Die Walze 1 kann durch beidseitig angeordnete, auf ihre Lagerzapfen einwirkende Verstslleinrichtungen 8
parallel verstellt werden, um den Walzenspalt 9 zwischen den Walzen 1 und 2 beeinflussen zu können.
Zur Beeinflussung des Walzenspalts 10 zwischen den Walzen 2 und 3 ist die beidseitig angeordnete
Verstelleinrichtung 11 vorgesehen, die an den Lagerblöcken 12 der Walze 2 angreift.
In gleicher Weise kann der Walzenspalt 13 zwischen der Walze 3 und der Festwalze 7 verstellt werden, und
hierzu ist die Walze 3 in einer Kulisse 14 angeordnet, die an den Lagerblöcken 15 angreift Die beidseitig der
Walze 3 angeordneten Kulissen 14 werden durch eine Verstelleinrichtung 16 angehoben bzw. abgesenkt.
Der Walzenspalt 17 wird durch die an der Kulisse 18 angreifende Verstelleinrichtung 19 und der letzte Spalt
20 zwischen den beiden letzten Walzen 5 und 6 schließlich durch die Verstelleinrichtung 21 beeinflußt.
Mit 22 ist eine Flächengewichtsmeßregelanlage und mit 23 ein Steuergerät bezeichnet, das die SpindeJn der
Verstelleinrichtung 8, 11, 16, 19 und 21 bzw. deren Verstellmotore steuert.
Hierzu empfängt das Spindel-Steuergerät 23 Impulse von den Druckmeßeinrichtungen, z. B. Druckmeßdosen
24 bis 28, die den Verstellspindeln 8, 11, 16, 19, 21 zugeordnet sind, und zwar jeweils auf beiden Seiten der
Walzen 1, 2,3,5,6 in den an den Lagerblöcken, ζ. Β den
Lagerblöcken 12 und 15, angreifenden Verstellspindeln 11,16 der Verstelieinrichtungen. Die Funktionsweise ist
wie folgt: Die Flächengewichtsmeßregelanlage 22 mißt die Dicke der den Kalander verlassenden Folienbahn 29
über deren Breite. Wenn beispielsweise die Bahn 29 zu dick ist, gibt die Anlage 22 über die Leitung 30 einen
Impuls an die Verstelleinrichtung 21 der Walze 6, wodurch der Spalt 20 in seiner Weite verringert und die
Foiienbahn 29 ihre Solldicke zurückerhält.
Durch die Verringerung der Weite des Walzenspalts 20 sammelt sich jedoch verstärkt Material in diesem
Spalt 20 an, d. h. der Druck in diesem Spalt 20 steigt an. Dieser Druckanstieg wird durch die Druckmeßeinrichtung
28 registriert und über die Leitung 31 zum Steuergerät 23 gegeben, das aufgrund dessen über die
Leitung 32 einen Impuls zur Verstelleinrichtung 19 der vorgelagerten Walze 5 leitet, wodurch diese veranlaßt
wird, die Weite des Spaltes 17 rut der Folge zu verringern, daß weniger Material zu dem gegenüberliegenden
Spalt 20 der Walze 5 gelangt.
Aufgrund der Verringerung der "Weite des Spaltes 17 staut sich nun in und vor diesem das Material, wodurch
wiederum der Druck ansteigt, was die Druckmeßeinrichtung 27 registriert. Diese gibt einen Impuls über die
Leitung 33 zum Steuergerät 23, das dadurch veranlaßt wird, zwecks Verringerung der Weite des Walzenspaltes
13 einen Impuls über die Leitung 34 an die Stelleinrichtung 16 zu geben. Dies hat zur Folge, daß
weniger Material diesen Spalt passieren und folglich sich auch in dem Spalt 17 weniger Material ansammeln
kann, wodurch der Druck in ihm abfällt.
Nun sammelt sich jedoch in dem zugefahrenen Spalt 13 Material mit der Folge eines Druckanstiegs an. Die
Druckmeßeinrichtung 26 an der Kulisse 14 registriert diesen Diuck und gibt über die Leitung 35 einen Impuls
an das Steuergerät 23, welches wiederum aufgrund des empfangenen Impulses einen Regelimpuls über die
Leitung 36 zu der Verstelleinrichtung 11 leitet, der zu
einer Verringerung der Weite des Spaltes 10 führt. Dadurch wird die diesen Spalt 10 passierende
Materialmenge ebenfalls verringert und damit auch die
dem Spalt 13 zugeführte Materialmenge herabgesetzt.
Wenn durch die Verringerung des Querschnitts im Spall 10 hier der Druck ansteigt, wird dies durch die
Druckmeßeinrichtung 25 registriert und über die Leitung 37 in das Steuergerät 23 eingegeben. Das
Steuergerät 23 wiederum spricht über die Leitung 38 die Verstelleinrichtung 8 an, welche den Spalt 9 verengt,
wodurch auch hier die den Spalt 9 passierende Materialmenge verringert und die dem Spalt 10
zugeführte herabgesetzt wird.
Endlich wird, wenn der Druck im Spalt 9 ansteigt, dies von der Druckmeßeinrichtung 24 registriert und über
die Leitung 39 an das Steuergerät 23 gegeben, welches über die Leitung 40 die Materialzuführungseinrichtung
41 aiisieueri, die dadurch veranlaß wird, weniger
Material in den Spalt 9 zu fördern.
Falls die Flächengewichtsmeßregelanlage 22 feststellt, daß die den Kalander verlassende Folie zu dünn
ist, wiederholt sich der vorstehend beschriebene Regelvorgang in umgekehrter Reihenfolge.
Unter Umständen, d. h. wenn das Heranfahren oder Wegfahren der Walze 2 zur oder von der Walze 3 den
Spalt 9 zwischen den Walzen 1 und 2 nicht zu stark auch in vertikaler Richtung verändert, kann die Veränderung
des ersten Spaltes 9 auch umgangen werden und der Druckanstieg oder -abfall im Spalt 10 dazu benutzt
werden, gleich die verringerte oder vermehrte Materialzufuhr durch die Materialzuführungseinrichtung 41 zu
steuern.
Das Steuergerät 23 stellt weiterhin sicher, daß die in
den links- und rechtsseitigen Verstelleinrichtungen dei Walzen 1 bis 6 durch die Druckmeßeinrichtungen 24 bi
28 erfaßten Druckunterschiede ausgeglichen werden Der Druckausgleich erfolgt dadurch, daß Impulse, die
beispielsweise durch die links- und rechtsseitiger Druckmeßeinrichtungen 27 über die Leitung 33 zurr
Steuergerät 23 gegeben werden, von diesem miteinan der verglichen werden. Bei Druckabweichungen, d. h
wenn die Druckmeßeinrichtung 27 vom linksseitiger
ίο Lager der Walze 5 einen anderen Wert anzeigt als die
Druckmeßeinrichtung 27 vom rechtsseitigen Lage ι dieser Walze 5, erfolgt ein Druckausgleich durch
entsprechende Regelimpulse, die über die Leitung 3: zur Verstelleinrichtung 19 gegeben werden. Dadurch
is wird sichergesteiit, daß über die gesamte Länge de«
Walzenspaltes 20 ein gleichmäßiger Druck herrscht was für die Qualität der Folie, aber auch für die
Lebensdauer der Walzen, ihrer Zapfen und dei Walzenlager von Bedeutung ist. Unterschiedliche
Drücke über die Länge eines Walzenspaltes können zi Lagerschäden und sogar zu Walzenzapfenbrücher
führen.
Die Flächengewichtsmeßregelanlage 22 ist ebenfalls in der Lage, unterschiedliche Foliendicken über die
Bahnbreite auszugleichen. Falls sie beispielsweise mißt daß die Folie 29 einseitig zu dick ist, so steuert sie übei
die Leitung 30 links- oder rechtsseitig die Verstellein richtung 21 so, daß die Dickenabweichung wiedei
aufgehoben wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- Patentanspruch:Kalander für Folien aus thermoplastischem Kunststoff oder elastomerem Material mit parallel zueinander verlaufenden Walzen, bei dem die Walzenspaltdrücke auf beiden Seiten gemessen und als Steuergröße für die Einstellung eines Walzenspaltes verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz der in beiden zugehörigen Spalten einer Walze wirkenden Drücke auf einen nach »Null« tendierenden Wert gesteuert werden.
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