DE2848295A1

DE2848295A1 - Kalandriervorrichtung fuer thermoplastische folien

Info

Publication number: DE2848295A1
Application number: DE19782848295
Authority: DE
Inventors: Pierre Missenard
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-11-07
Filing date: 1978-11-07
Publication date: 1979-05-10
Also published as: DE2848295C2; FR2407809B1; IT7851640A0; GB2008026B; US4171942A; GB2008026A; IT1106431B; FR2407809A1; DE2857504C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Kaiandriervorrichtung für thermoplastische Schichten "bzw, Folien, die es ermöglicht, Schichten bzw. Blätter bzw. Folien zu erzeugen, die eine in allen Punkten ihres Querprofils identische mittlere Dicke besitzen. Die regelmäßige Aufwickelu.ng solcher Folien auf einen Spulenkörper ist somit immer zylindrisch.

Die Hersteller und Weiterverarbeiter von kalandrierten Folien (insbesondere thermoplastischen Folien) verlangen in zunehmendem Maße Folien, die sich in geradliniger Weise abwickeln lassen. Die herkömmlichen Korrekturvorrichtungen ermöglichen es nicht, den Präzisionsgrad zu erzielen, der ausreichend ist, um diese Anforderung zu erfüllen, was vor allem für die Fälle gilt, in denen die Folie in in Längsrichtung verlaufende Streifen zerschnitten wird.

Im Vergleich mit dem Ergebnis des Walzvorganges von Materialien, die aufgrund ihrer Molekülarstruktur dreidimensional fest bleiben, bietet die Herstellung von viskoelastischen Folien, die in der Form von aufgewiekelten Rollen geliefert werdeu, beträchtliche Probleme. Eine kurze Darstellung der Anstrengungen, die auf diesem Gebiet bereits unternommen wurden, führt zu einem besseren Verständnis der sich dabei ergebenden Schwierigkeiten. Es sind hauptsächlich die Eisen- und Stahlhersteller, die sich bemüht haben, ein Material in einen immer noch dünneren Streifen überzuführen, was entweder dadurch geschieht, daß man das Material wiederholte Male durch dieselbe aus zv/ei Zylindern bestehende Maschine hindurchlaufen läßt oder daß man das Material nur ein einziges Mal durch eine Vielzahl von Maschinen gehon läßt, die hintereinander angeordnet sind.

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Hachdem der Kautschuk entdeckt worden war und es nötig wurde, ihn, wie die Hetalle, in der Form von Streifen "bzw. Bändern zu liefern, hat man nicht nur zwei, sondern drei oder vier Zylinder in ein und derselben Maschine zusammengestellt. So entstanden aus den Walzwerken abgeleitete Kalandriervorrichtungen und es wurden zunächst Kautschukfolien und später auch Sollen aus anderen plastischen Materialien, die in der Folgezeit entwickelt wurden, in dieser Maschine bearbeitet.

Beim Walzen von Metallen hat sich indessen gezeigt, daß die erforderliche Gleichförmigkeit des Querprofils der Folien bzw. Bleche ohne weiteres erreicht werden kann, da diese Materialien nach der Bearbeitung ihre Form beibehalten. Im Gegensatz hierzu paßt sich eine amorphe thermoplastische Folie nach einer gewissen Zeit an die Geometrie ihrer Unterlage bzw. der sie tragenden Vorrichtung an. Wenn eine solche Folie auf einen Spulenkörper aufgewickelt ist und zwischen der einen und der anderen Kante einen Dickeunterschied aufweist, so rollt sie sich längs eines Kreisbogens ab, da die aufgewickelte Rolle die Form eines Kegelstumpfes angenommen hat. Wenn die Dickeänderung nicht konstant ist, wie dies im allgemeinen der Fall ist, so bilden sich auch in unvermeidlicher Weise Buckel bzw. Beulen oder Wellen in der abgewickel ten Folie.

Als Beispiel für die Anforderungen, die in diesem technischen Bereich gestellt werden, sei darauf hingewiesen, daß eine Folie aus Polyvinylchlorid mit einer Dicke von 0,2 mm, einer Breite von 615 ram und einer Länge von 200 m, die auf einen Spulenkörper mit einem Durchmesser von 63 mm aufgewickelt worden ist und deren zur Bildung eines Kreisbogens führende Krümmung auf 8 m Länge nicht über 2 cm hinausgehen darf, in Querrichtung gesehen Dickeunterschiede kleiner als 0,0005 aufweisen muß.

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Die Unregelmäßigkeit des Querprofils einer Folie beruht auf den Kräften, die die Materialien während ihres Durchgangs
zwischen den Zylindern ausüben. Unter dem Einfluß dieser
Kräfte biegen sich die Zylinder und die Dicke der Folie ist in der Mitte größer als an den Rändern,

Die Durchbiegung des Zylinders hängt von Parametern ab, die itisbesondere mit der Länge und dem Durchmesser der Zylinder sowie mit deren Steifheit und dem Abstand zwischen den Auflage- bzw. Abstützpunkten ihrer Achsen verbunden sind. Um die Unregelmäßigkeit der Dicke in Querrichtung zu kompensieren, wurden zwei Verfahren vorgeschlagen:

- entweder die Achsen der Zylinder in der Weise zu versetzen (Schrägachsen- oder "cross axis"-Anordnung), daß der Klemmspalt an den Rändern der Zylinder vergrößert wird,

- oder die Biegutig durch Gegenkräfte zu kompensieren, die auf die Zylinder mit Hilfe von Verlängerungen ausgeübt werden, die außerhalb ihres Drehpunktes an den Lagern angeordnet
sind (Vorspannung der Zylinder oder "roll-bending").

Diese verschiedenen Verfahren ergeben eine Verbesserung der Qualität der so hergestellten Folien, doch sind diese Verbesserungen immer noch nicht zufriedenstellend. Darüber hinaus ist die Anwendung dieser Verfahren außerordentlich kostspielig.

Somit liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kalandriervorrichtung zu schaffen,

die thermoplastische Folien mit einer gleichmäßigeren Dicke unter Verwendung einfacher und wirksamer Mittel herstellt.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine erfindungsgemäße Kalandriervorrichtung, die wenigstens drei aktive Walzen umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmesser der Walzen in
der Weise unterschiedlich sind, daß der Durchmesser der
unteren Walze größer ist als der Durchmesser einer jeden

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der "beiden anderen Walzen und daß der Durchmesser der obersten Walze größer ist als der Durchmesser der mittleren Walze, daß weiterhin die Walzen aus Materialien hergestellt sind, die verschiedene Elastizitätsmoduln "besitzen, wobei der Elastizitätsmodul der obersten Walze größer ist als der der mittleren Walze, und daß die Lage der Lager wenigstens einer der Walzen in axialer Richtung regelbar bzw. verstellbar ist.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung besitzt die erfindungsgemäße Torrichtung Strahlungsmeßfühler, die dazu dienen, die Dicke der Folien zu kontrollieren bzw. zu überwachen.

Es ist auch möglich, zu jedem Zeitpunkt die Regelmäßigkeit der Dicke der Folien zu überwachen.

Gemäß einer anderen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die von den Strahlungsmeßfühlern stammenden Signale dazu verwendet, die Regelung des veränderlichen Abstandes zwischen den Achsen der Zylinder zu steuern.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:

Fig. 1 in schematischer Weise eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit drei Walzen,

Fig. 2 in schematischer Weise und mit kleinerem Maßstab eine Walze gemäß der Erfindung mit einer Vorrichtung zur Veränderung der Lage ihrer Lager, und

Fig. 3 in schematischer Weise wesentliche Elemente der Kontrollvorrichtung für die Dicke der Folien gemäß der Erfindung.

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Die Kaland^iervorrichtung gemäß der Erfindung "umfaßt eine aus drei Kalandrierwalzen E.» R₂ und R^ bestehende Einheit,, in der diese drei Walzen in dieser Reihenfolge von- unten nach oben so übereinander angeordnet sind,, daß sich ihre Eotationsachsen in ein und derselben Vertikalebeiie befinden. Die Achsen der Walzen, werden -von Lagern getragen, deren Position bezüglich der Enden der Malzen durch irgendeine geeignete Vorrichtung eingestellt werden kann, wie sie in Fig. 2 schematise]! mit V "bezeichnet ist.

Der Durchmesser der unteren Walze ist am größten« Diese Malze besteht aus einem Material, dessen Elastizitätskoeffizient nicht sehr kritisch ist; dieses Material kann beispielsweise Gußeisen sein. Die mittlere ¥alze besitzt einen Durchmesser, der im Vergleich zum Durchmesser der unteren Walze klein ist. Das Verhältnis zwischen den Durchmessern der Walzen R^ und Rp liegt zwischen 1,9 und 2,4. Die mittlere Walze besteht vorzugsweise aus gehärtetem Gußeisen, d.h. einem Material, das einen geringen Elastizitätskoeffizienten besitzt.

Der Durchmesser der oberen Walze R, liegt halbwegs zwischen den beiden vorausgehend beschriebenen Durchmessern in der Weise, daß das Verhältnis zwischen den Durchmessern der Walzen R^ und Rg einen Wert zwischen 1,45 und 1,80 besitzt. Die Walze R-z muß eine sehr große Steifigkeit besitzen. Sie besteht 3omit beispielsweise aus Stahl.

Die Vorrichtung umfaßt bevorzugterweise auch eine Vorrichtung zur Überwachung der Dicke des kalaridrierten Produktes (Pig. 3). Diese Vorrichtung umfaßt beispielsweise Strahlungsmeßfühler, die in der Nähe der kalaridrierten Folie in der Weise angeordnet sind, daß sie Änderungen ihrer Dicke erkennen. Wie in Fig. 3 dargestellt, ist ein Meßfühler 2 vorgesehen, der in der Mitte der Folie F die Unterschiede zwischen dem tatsächlichen Wert und dem gewünschten V/ert der Dicke der Folie feststellt.

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Ebenso ermöglichen es die in der Iahe der Ränder der Eolie angeordnetem Heßfühler Λ Bind 3 unter anderem, Unterschiede zwisekein der Dicke in der lütte und der Dicke an den Rändern, der iolie zu. erkennen« Zu diesem Zweck, werden die von dem zentralen Meßfühler 2 stammenden Signale einerseits direkt einer Anzeigevorrichtung (siehe Pfeil f2) und andererseits einen der Jeweiligen Eingänge 8,9 eines !Comparators 4,5 zugeführt, während die jeweiligen anderen Eingänge 10,11 der Komparatoren 4,5 die von den Meßfühlern 1 und 3 stammenden Signale empfangen. Die an den Ausgängen 12 und 13 der Komparatoren 4 und 5 angreifbaren Differenzsignale werden jeweils einem Integrator 6,7 und von dort einer Anzeigevorrichtung (siehe Pfeile f1A, f3A) zugeführt. Eine Rückstellung auf Null der Torrichtung ist möglich (Pfeile f1B, f3B).

Diese Vorrichtung arbeitet in folgender Weise:

Das viskose Material Έ (]Pig.1), das in den Eingang der Haschine beispielsweise zwischen die Walzen R^, und R^ eingebracht worden ist, wird durch die Drehbewegung der Walzen in den Klemmspalt hinein mitgenommen, der sich zwischen den Walzen R. und R₀ befindet. Da die Walze R₀ aus Guß

eisen besteht und einen kleinen Durchmesser besitzt, erleidet sie eiiie beträchtliche Durchbiegung, die auf den Kräften bzw. Beanspruchungen beruht, die von dem Material während seines Durchganges zwischen den Walzen R^ und R₂ ausgeübt werden. Nach dem Durchgang zwischen R^. und Rp verschiebt sich die Folie zum Klemmspalt zwischen den Walzen R₂ und R-T₁ wo ihr Vorhandensein ebenfalls Kräfte erzeugt, die jedoch weniger hoch sind, da die Walze R, einen kleineren Durchmesser als die Walze R^ besitzt. Der Zylinder R₂ biegt sich somit in demselben Sinn wie die Walze R,. Die Berechnung und die Erfahrung zeigen, daß dadurch, daß man die Durchmesser der Walzen und die Elastizitätsmoduln der Walzen-

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materialien innerhalb der angegebenen Grenzen verändert, die unteren und oberen Beanspruchungen, die auf die Walzen und insbesondere auf Rp ausgeübt werden, zur Folge haben, daß die Dicke der Folie, die man nach dem Durchgang zwischen den Walzen R~ und R₇. erhält, außerordentlich gleichförmig ist. Nach dem Durchgang zwischen Rp ^un^- R-z wird die Folie einer Aufwickelvorrichtung zugeführt (Pfeil f).

Da es jedoch kaum möglich ist, eine einmal gebaute Maschine durch Veränderung der Elastizitätsmoduln oder der Durchmesser an sehr unterschiedliche Betriebsbedingungen anzupassen, wobei insbesondere unterschiedliche Arbeitsgeschwindigkeiten und Foliendicken zu berücksichtigen sind, ist erfiudungsgemäß vorgesehen, daß die Lage der die Walzen tragenden Lager geregelt bzw. verstellt werden kann. Dies ermöglicht es auf einfache Weise, eine Feinkorrektur der Dicke vorzunehmen (siehe die Vorrichtung V in Fig. 2).

Die Vorrichtung zur Steuerung der Dicken (Fig. 3) ermöglicht es durch verschiedene Vorrichtungen, wie z.B. Alarm- oder Regelsysteme, entweder warnend auf das Vorhandensein eines Fehlers hinzuweisen oder eine automatische Regelung der Dicke beispielsweise dadurch zu erzielen, daß mit Hilfe der Vorrichtungen V auf den Abstand zwischen den Lagern der Achsen eingewirkt wird. Dies ist während des Herstellungsverlaufes und insbesondere während des Aufwickelvorganges nützlich, der unmittelbar auf die Produktion folgt. Wenn der Aufwickelvorgang auf einen zylindrischen Spulenkörper infolge eines Fehlers nicht normal verläuft, dann kann das nachfolgende Aufwickeln nur dadurch einwandfrei geschehen, daß für eine gewisse Zeit eine Folie erzeugt wird, die den entgegengesetzten Fehler besitzt. Hier greift die Steuer- und Regelvorrichtung ein.

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Claims

Patentansprüche:

f1 .I Kalandriervorrichtung zur Herstellung von thermoplastischen \_/ Folien mit wenigstens drei aktiven Kaiandrierwalzen, deren Eotationsachsen sich im wesentlichen in derselben Ebene befinden, dadurch gekennzeichnet , daß die Durchmesser der Walzen in der Weise unterschiedlich sind, daß der Durchmesser der unteren Walze (E,,) größer ist, als der Durchmesser einer jeden der beiden anderen Walzen und daß der Durchmesser der oberen Walze (E,) größer ist, als der Durchmesser der zentralen Walze (Eg), daß die Walzen aus Materialien hergestellt sind, die unterschiedliche Elastizitätsmoduln besitzen, wobei der Elastizitätsmodul der oberen Walze (E^) größer ist als der der mittleren Walze (Eg), und daß die Lage der Lager wenigstens einer der Walzen in axialer Eichtung in der Weise regelbar bzw. veränderbar ist, daß die hergestellten Folien eine gleichförmige Dicke besitzen.

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Verhältnis zwischen den Durchmessern der unteren (Ry,) und der mittleren (Άς*) Walze einen Wert "besitzt, der zwischen 1,9 und 2,4 liegt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Verhältnis zwischen den Durchmessern der oberen Walze (IU) und der mittleren Walze (Ro) einen Wert "besitzt, der zwischen 1^5 und 1,80 liegt.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 "bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die obere Walze (R?) aus Stahl besteht.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die mittlere Walze (Rp) aus Gußeisen besteht.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5j dadurch gekennzeichnet , daß sie eine Vorrichtung zur Überwachung der Dicke (Fig. 3) umfaßt, die wenigstens drei Dicke-Meßfühler aufweist, die jeweils in der J-Jähe der Mitte und einer jeden der Kanten der thermoplastischen Folie angeordnet sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge kennzeich net, daß der mittlere Meßfühler (2) ein die Differenz zwischen der tatsächlichen und der gewünschten Dicke messender Meßfühler ist, während die Rand-Meßfühler (1,3) Meßfühler zur Messung der Differenz zwischen der Dicke am Rand und der Dicke in der Mitte der Folie sind, und daß die Differenzsignale Anzeigevorrichtungen (f1A, f3A) zugeführt werden.

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8τ VoiTicntung nach. Anspruch 7» dadurch gekennzeich, net, daß sie eine Fehler-Anzeigevorrichtung und eine Steuervorrichtung (Y) für die Veränderung der Lage der Lager umfaßt, wobei diese Steuervorrichtung durch, die von den Dicke-Anzeigern (f1A, fJ5A) kommenden Signale steuerbar ist.

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