DE2543738C3

DE2543738C3 - Kalander für Folien aus thermoplastischem Kunststoff oder elastomerem Material

Info

Publication number: DE2543738C3
Application number: DE2543738A
Authority: DE
Inventors: Klaus-Dieter Dipl.-Ing. Marquardt; Werner Pawelczyk; Willi Woeckener
Original assignee: Hermann Berstorff Maschinenbau GmbH
Current assignee: KraussMaffei Berstorff GmbH
Priority date: 1975-10-01
Filing date: 1975-10-01
Publication date: 1981-01-08
Also published as: IT1072444B; DE2543738A1; GB1557330A; US4110387A; US4214857A; DE2543738B2; FR2326278A1; FR2326278B1; JPS5926452B2; BE845664A; DD126279A5; JPS5243862A

Description

Die Erfindung richtet sich auf einen Kalander der im Oberbegriff des Patentanspruchs definierten Art für Folien aus the. .noplastischem Kunststoff oder elastomererri Materiai.

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 Waizendurchniesser, je höher die relative WalzenumfangsgeschwindigKe^ und je geringer die Spaltdicke zwischen den Walzen is. 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 Zersetzungser scheinungen zeigen, die sich in Verfärbungen und/oder Abspal'.ungen chemischer Verbindungen, z. B. Chlorwasserstoff, äußern. Auch die Vergrößerung des Wal/endurchmessers ist ungünstig, weil die durch die Gleiihmäßigkeit, Glätte und Freiheit von Fehlstellen und l.ufteinschlüssen 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 Walzcnballenlänge würde eine im Zuge vorangetriebener Rationalisierung unerwünschte Verringerung der nutzbaren Folienbreite zur Folge haben. Die Herstellung schmäler 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 ■5 hat man sich deshalb hauptsächlich zwei Systemen, gegebenenfalls in Kombination, zugewandt, nämlich der sog. »Schrlgstellung« 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 ^ombierungskurve erfordern würde, für jeden Ka-Ianderbauer und -betreiber ein AnHegen.

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

2(i Kalihriersnalt 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 Walzen! rennkräften wird entsprechend die Filmdicke im vorletzten Walzenspalt zum letzten Walzenspalt geändert bzw. eingestellt, um 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 rfe^r anderen Walze nicht nur in Kauf genommen, sonder" geradezu erzeugt wurden, die zu vermeiden Ziel der Erfindung ist. F.s versteht sich im übrigen, daß Bombierungen desto schwieriger gle^:chmäßig 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 b her nicht projektiert wurden.

In dem Aufsatz »Technische Entwicklung von Kunststoff-Kalanderanlagen«, erschienen in der Zeit schrift »Plastverarbeiter« 1974. Hefte 1/2, ist bereits gesagt, es sei möghch, die Spaltlastverteilung in den einzelnen Walzenspalten zu erfassen und sichtbar tu

so machen und damit auch die Möglichkeit gegeben, die Spaltlastverteilung durch eine entsprechende Maschi neneinstellung 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 FolienqUälität beeinflussen, so daß, obwohl viele dieser Parameter in engster Beziehung zueinander 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 Lastfäüe 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 Wiizendurchbiegungen usw. gehören würden, nur sehr allgemein angesprochen, und alle Lastfälle durchzuspielen, ist ein komplizierter Weg.

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 ais 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 im Raum vorschreiben, hat der Kalander nach der Erfindung den Vorteil, daß für ihn nur sozusagen »normale« zylindrische Walzen mit jeweils parallel zueinander stehenden 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 dünner Walzen gestattet ferner die Anwendung der Erfindung erst das sog. Stützwalzensystem mit Erfolg zu benutzen, bei dem in bekannter Weise die Walzenbiegung dünne· er 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 wurden, 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 durchschauba res System geschahen wird.

In der Zeichnung ist die Erfindung am Beispiel eines automatisch gesteuerten Sechs-Walzen Kalanders jchematisch 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 !.-Kalanders mit den Walzen 1 bis 6, wöbe! 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 rfer schematischen Zeichnung davon ausgegangen, daß alle Walzen der Druckausgleichssteuerung unterliegen.

Die Walze 1 kann durch beidseitig angeordnete, auf ihre Lagerzapfen einwirkende Verstelleinrichtungen 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 versteilt 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 Flachengewichtsrr^Sregelanlage und mit 23 ein Steuergerät he/eichnet, da·· die Spindeln der Verstelleinrichtung 8, 11, 16, 19 und 1\ bzw. deren Verstellmotore steuert.

Hierzu empfängt das Spindel-Steuergerät 23 Iii.pulse von den Druckmeßeinrichtungen, z. B. Druckmeßdosen 24 bis £8, 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, z. B der. Lagerblöcken 12 und 15, angreifenden Verstellspindeln 11,16 der Verstelleinrichtungen. Die Funktionsweise ist wie folgt: Die Flächengewichtsmeßregelanlage 22 mißt die Dicke der den Kaiander 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 Folienbahn 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. Die-er Druckanstieg wird durch die Druckmeßeinrichtung 28 registriert und über die Leitung 31 zum Steuergerät 23 gegeben, das .vifgxund dessen über die Leitung 32 einen Impuls zur Verstelleinrichtung 19 der vorgelagerten Walze 5 leitet, wodurch uese veranlaßt wird, die Weite des Spaltes 17 mit der Folge zu verringern, daß weniger Material zu dem gegenüberliegenden Spalt 20 der Wal/e 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 Steuergerat 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 Oruck in ihm abfällt

Nun sammelt sich jedoch in dem zugefahrenen Spalt 13 Material mit der Folge eines Drückanstiegs an. Die Druckmeßeinrichlung 26 an der Kulisse ?4 registriert diesen Druck und gibt über die Leitung 35 einen Impuls an das Steuergerät 23, welches wiederum aufgrund des empfangenen Impuls einsn 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 Mäteriälmenge herabgesetzt.

Wenn durch die Verringerung des Querschnitts im Spalt 10 hier der Druck ansteigt, wird dies durch die Druckmeßeiiifichlung 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 ansteuert, die dadurch veranlaß wird, weniger Material in den Spalt 9 zu fördern.

Falls die Flächengewichtsmeßregelanlage 22 festste!!!

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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 Verstelleinrichtungeri der Walzen 1 bis 6 durch die Druckmeßeinrichturigen 24 bis 28 erfaßten Druckunterschiede ausgeglichen werden. Der Druckausgleich erfolgt dadurch, daß Impulse, die beispielsweise durch die links- und rechtsseitigen Druckmeßeinrichtungen 27 über die Leitung 33 zum Steuergerät 23 gegeben werden, von diesem miteinander verglichen werden. Bei Druckabweichungen, d. h. wenn die Drückmeßeinrichtung 27 vom linksseitigen Lager der Walze 5 einen anderen Wert anzeigt als die Druckmeßeinrichtung 27 vom rechtsseitigen Lager dieser Walze 5, erfolgt ein Druckausgleich durch entsprechende Regelimpulse, die über die Leitung 32 2ur Verstelleinrichtung 19 gegeben werden. Dadurch wird sichergestellt, daß über die gesamte Länge des Walzenspaltes 20 ein gleichmäßiger Druck herrscht, was für die Qualität der Folie, aber auch für die

Walzenlager von Bedeutung ist. Unterschiedliche Drücke über die Länge eines Walzenspaltes können zu Lagerschäden und sogar zu Waizenzapfenbrüchen 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 über die Leitur § 30 links- oder rechtsseitig die Verstelleinrichtung 21 so, daß die Dickenabweichung wieder 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 Walzenspaitdrücke 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.