DE3900294C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Prägekalander der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechenden Art.

Ein derartiger Prägekalander ist aus der DE-OS 24 01 292 bekannt. Die zu prägende Folie wird in thermoplastischem Zu­ stand zwischen die Prägewalze und die Gegendruckwalze einge­ führt, im Prägewalzspalt geprägt und sodann nach Umschlingung der Prägewalze um etwa 120° wieder abgeführt. Die Prägewalze ist stark gekühlt, so daß die Temperatur der geprägten Folie auf dem Umschlingungsweg bis unter den thermoplastischen Bereich abgesenkt wird. Die Gegendruckwalze ist zwar auch gekühlt, doch ist die Wirksamkeit dieser Kühlung wegen der schlechten Wärmeleitfähigkeit des elastischen Walzenüberzuges begrenzt. Aus diesem Grunde bedarf es der zusätzlichen Kühlung der Gegendruckwalze, um die von der thermoplastischen Folie in die Oberflächenbereiche des elastischen Überzuges der Gegendruckwalze übertragene Wärme abführen. Bei der bekannten Ausführungsform liegen zwei Kühlwalzen auf der dem Prägewalzspalt abgewandten Seite gegen die Gegendruckwalze an und liegen in Ebenen, die mit der durch die Achsen der Prägewalze und der Gegendruckwalze gehenden Ebene Winkel von 12° bzw. 55° bilden.

Als Prägewalzen kommen Walzen mit einem gravierten Relief in Betracht, die die Folien mustermäßig stellenweise nur einen deutlich erkennbaren Betrag regelrecht aus ihrer Ebene heraus­ prägen, aber auch der Folie nur eine Oberflächenstruktur etwa zur Verbesserung der Haftung eines Flächenklebers verleihende Walzen, die an ihrer Oberfläche beispielsweise gestrahlt oder gebürstet sind. Sogar Walzen mit einer ganz glatten Oberfläche können im Zusammenwirken mit der einen nachgiebigen Bezug auf­ weisenden Gegendruckwalze eine prägende Strukturveränderung an der Folie herbeiführen.

Bei den bisherigen Prägekalandern sind alle drei beteiligtenWalzen konventionelle Walzen. Dadurch ergibt sich zwangsläufig eine Ungleichmäßigkeit des Liniendrucks sowohl im Prägewalzspalt als auch im Kühlwalzspalt. Die Ränder der Bahn werden stärker gepreßt als die inneren Bereiche. Dadurch wird der elastische Überzug der Gegen­ druckwalze an den Rändern stärker beansprucht und bedarf eines relativ häufigen Nachschleifens. Wegen der Über­ pressung der Ränder bildet sich die Prägung im Innern der Bahn und am Rand unterschiedlich aus, und es kommt zu einer Verschlechterung der Planlage der Bahn, weil die höherbe­ lasteten Ränder stärker ausgewalzt und dadurch wellig werden. Um überhaupt zu einer akzeptablen Gleichmäßigkeit der Prägebehandlung zu kommen, muß die Härte des elastischen Bezuges der Gegendruckwalze gering sein, was die Möglichkeiten der Prägung einschränkt und die Standzeit des Bezuges ver­ ringert.

Entsprechende Nachteile entstehen auch im Kühlwalz­ spalt. Wegen der ungleichmäßigen Anlage wird die Gegendruck­ walze ungleichmäßig gekühlt, was wiederum einen Einfluß auf die Standzeit des Bezuges und die Ausbildung der Prägung hat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Prägung über die Breite der Bahn zu vergleichmäßigen und die Stand­ zeit zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 wiederge­ gebene Erfindung gelöst.

Durch die Wahl einer hydraulisch innenabgstützten Walze als Gegendruckwalze kann der Liniendruck über die Breite der Bahn gleichmäßig eingestellt werden. Dadurch entfallen die oben angeführten Nachteile, die durch die Liniendrucküberhöhung an den Rändern der bekannten Präge­ kalanderanordnungen eintraten. Während außerdem früher die Härte des Bezuges gering (beispielsweise 60° shore A) sein mußte, um noch einen hinreichend gleichmäßigen Liniendruck zu gewährleisten, kann nunmehr die Härte nach den Erforder­ nissen des Prägeverfahrens frei gewählt werden, da der Liniendruckausgleich nicht mehr Sache des Bezuges ist.

Gleichzeitig wird aber auch die Wärmeabnahme von der Gegendruckwalze über die Breite der Bahn vergleich­ mäßigt. Durch die Bombierung der Kühlwalze kann unter geeigneter Abstimmung der an den Zapfen der Kühlwalze angreifenden äußeren Kräfte in dem Kühlwalzspalt eben­ falls ein gleichmäßiger Liniendruck erzeugt werden, so daß die Kühlwalze gleichmäßig an der Gegendruckwalze an­ liegt und die Wärmeabnahme über den ganzen Kühldruckwalz­ spalt konstant ist. Dadurch entfallen die Beanspruchungs­ maxima an den Rändern der Gegendruckwalze und werden deren Schleifintervalle länger.

Die Bombierung ist gering. Die tatsächlichen Ab­ weichungen von der idealen Zylinderform betragen in der Praxis beispielsweise bei 3 m langen Walzen einige wenige zehntel Millimeter, d. h. die bombierte Kühlwalze hat in der Mitte einen um diese wenigen zehntel Millimeter größeren Durchmesser als an den Enden. Obwohl diese Beträge absolut gesehen klein sind, können sie bei dünnem Prägegut dennoch eine erhebliche Auswirkung auf die Liniendruckverteilung und damit auf den Behandlungsausfall haben.

Wichtig ist, daß die Kühlwalze abgesehen von den Kühleinrichtungen eine konventionelle Walze sein kann. Die Gleichmäßigkeit der Anlage an der Gegendruckwalze in der zu deren Wirkrichtung senkrechten Richtung wird für einen bestimmten Liniendruck nur durch die Bombierung herbeigeführt. Es können also mit nur einer hydraulisch innenabgestützten Walze, d. h. mit geringst möglichem Aufwand zwei Walzspalte unabhängig voneinander mit einem gleichmäßigen Liniendruck versehen werden.

Insgesamt ergibt sich also durch die Gleichmäßigkeit der beiden an der Gegendruckwalze wirkenden Liniendrücke und der Temperatur eine ganz gleichmäßige Konditionierung des Bezuges der Gegendruckwalze und eine entsprechende Er­ höhung der Standzeit dieses schwächsten Elements der Ge­ samtanordnung.

Mit dem Ausdruck "hydraulisch innenabgestützte Walzen" sollen alle Arten von Walzen erfaßt sein, die ein undrehbares Querhaupt umfassen, um welches eine Hohlwalze drehbar ist, die in ihrem Innern durch eine an dem Quer­ haupt angebracht, gegen den Innenumfang der Hohlwalze wirkende hydraulische Stützeinrichtung über die Länge der Hohlwalze abgestützt ist. In Betracht kommen also sogenannte schwimmende Walzen nach der DE-PS 10 26 609 oder der DE-PS 14 11 327, Walzen mit Gleitschuhen nach der US-PS 31 19 324 oder der DE-PS 14 61 066, Walzen mit hydrostatischen Stützstempeln nach der DE-OS 22 30 139 und der DE-AS 23 32 861 sowie weiterentwickelte Konstruktionen nach der DE-PS 30 03 395 oder der DE-OS 36 40 902. Mit allen diesen Walzen läßt sich auch bei einer Durchbiegung der Prägewalze, die eine konventionelle Walze sein soll, ein im wesentlichen gleichmäßiger Druck über die Arbeits­ breite erzielen.

Maßgeblich ist in beiden Walzspalten die Gleich­ mäßigkeit der Kräfte in der Verbindungsebene der Achsen der den betreffenden Walzspalt bildenden Walzen. Die Walz­ spalte sind dabei in beiden Verbindungsebenen im all­ gemeinen nicht gerade, sondern in der jeweiligen Ver­ bindungsebene gebogen. Bei der Änderung des Liniendrucks im Walzspalt wird die Lage der einen an dem anderen Walz­ spalt beteiligten Walze etwas verändert, allerdings senk­ recht zur Verbindungsebene dieses anderen Walzspalts. Da­ durch ändert sich indessen an dem dort eingestellten Liniendruck kaum etwas. Es handelt sich nur um Effekte zweiter Ordnung. Im wesentlichen kann gesagt werden, daß die Liniendrücke in den beiden Walzspalten unabhängig voneinander eingestellt werden können.

Die Walzen des erfindungsgemäßen Prägekalanders haben eine F-Anordnung, d. h. zwei Walzen liegen gegeneinander und eine dritte Walze ist an eine der Walzen seitlich angesetzt. Eine derartige Walzenkonfiguration ist für sich genommen in Prägekalandern aus der FR-PS 5 24 743, Fig. 1, bekannt. Bei der bekannten Ausführungsform ist jedoch nicht nur ein Prägewalzspalt und ein Kühlwalzspalt vorhanden, sondern es durchläuft die zu prägende Bahn beide Walzspalten. Die Funktion ist also bei der FR-PS 5 24 743 eine andere als bei der Erfindung, und es ist auch nicht das Zusammenwirken einer bombierten mit einer hydraulisch innenabgestützten Walze vorhanden.

Der bereits erwähnte Umstand, daß die Gleichmäßigkeit der Linienkraft im Prägewalzspalt jetzt nicht mehr Sache des Bezugs der Gegendruckwalze, sondern unabhängig von dessen Eigenschaften gewährleistet ist, führt zu einem weiteren wichtigen Vorteil der Erfindung: es eröffnet sich nämlich die Möglichkeit, im Prägewalzspalt zugleich eine einwandfreie Rückseitenprägung vorzunehmen (Anspruch 2), was bei den gattungsgemäßen Prägekalandern nur mit sehr beschränktem Er­ folg durchführbar war.

Der Ausdruck "prägende Struktur" für den Überzug der Gegendruckwalze soll die Eigenschaften umfassen, die auch bei der Prägewalze angegeben sind, also Oberflächenrelief, Oberflächenstruktur usw., aber auch innere Strukturen, die eine über die Oberflächen ungleichmäßige Nachgiebigkeit er­ geben und durch Füllstoffe, ungleichmäßige Bestrahlung oder in ähnlicher Weise erzeugt werden können.

Lage und Ausbildung der F-Anordnung der Walzen des Prägekalanders sind bei der Erfindung im Prinzip beliebig.

Bevorzugt ist jedoch eine Ausführungsform nach Anspruch 3, bei der die Verbindungsebene der Gegendruck­ walze und der Prägewalze horizontal ist, weil dann die Walzengewichte bei der Steuerung der Liniendrücke ein­ facher zu erfassen sind.

Besonders bevorzugt ist darüber hinaus die Aus­ führungsform nach Anspruch 4, bei der die Kühlwalze vertikal unter der Gegendruckwalze angeordnet ist.

Es stellt sich hierbei noch der Nebeneffekt ein, daß dem Durchhang der Gegendruckwalze entgegengewirkt wird. Die Wirkrichtung der Gegendruckwalze ist horizontal gegen die Prägewalze. In der vertikalen Richtung ist die Hohlwalze in der Gegendruckwalze unabgestützt und hängt daher unter ihrem Gewicht ein wenig durch. Die bombierte Kühlwalze wird nun von unten gegen die Gegendruckwalze angestellt und rückt diese bevorzugt in der Mitte hoch, so daß der Durchhang in mehr oder weniger großem Maß aufgehoben wird.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Er­ findung schematisch dargestellt.

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Prägekalanders;

Fig. 2 und 3 zeigen Querschnitte durch zwei Aus­ führungsbeispiele der Gegendruckwalze;

Fig. 4 und 5 zeigen Ansichten des Prägekalanders gemäß Fig. 1 von links;

Fig. 6 und 7 zeigen Seitenansichten weiterer Aus­ führungsbeispiele.

Der in Fig. 1 als Ganzes mit 100 bezeichnete Präge­ kalander dient zum Prägen einer thermoplastischen Kunst­ stoffolie 1, die in thermoplastischem Zustand im Sinne des Pfeiles 2 vertikal von oben in einen Prägewalzspalt 3 ein­ läuft, der zwischen einer Prägewalze 4 und einer Gegendruck­ walze 5 gebildet ist. Die Achsen der Walzen 4, 5 liegen parallel zueinander in der gleichen horizontalen Ebene.

Die Prägewalze 4 besitzt ein Oberflächenrelief 6, welches dem gewünschten Prägemuster entspricht und sich beim Passieren des Prägewalzspalts 3 in die Bahn 1 eindrückt. Das Oberflächenrelief 6 ist in seiner Tiefe übertrieben dar­ gestellt. Es kann sich auch um ein sehr flaches Relief handeln, welches die Bahn 1 nur oberflächenmäßig strukturiert. Die Präge­ walze 4 ist von konventioneller Bauart, d. h. die Zapfen drehen sich gemeinsam mit dem Walzenumfang, und stark gekühlt, d. h. sie weist innere Kanäle auf, durch die ein fluides Kühlmedium hindurchgeführt werden kann.

Nach dem Passieren des Prägewalzspalts legt die Bahn 1 auf der gekühlten Prägewalze 4 einen Umschlingungswinkel 7 zurück und verläßt die Prägewalze 4 dann im Sinne des Pfeiles 8. Der Umschlingungswinkel 7 beträgt in dem Aus­ führungsbeispiel etwa 140°. Die Bahn 1 wird während des Zurücklegens des Umschlingungswinkels 7 unter den thermo­ plastischen Bereich herabgekühlt, so daß das Prägemuster gefestigt wird. Die Bahn 1 berührt also nur die Prägewalze 4 und die Gegendruckwalze 5, nicht aber die nachstehend noch behandelte Kühlwalze 11.

Die Gegendruckwalze 5 ist als hydraulisch innenab­ gestützte Walze ausgebildet, was durch den Kreisbogen 9 angedeutet sein soll. Sie besitzt einen elastischen Überzug 10 aus Gummi oder einem geeigneten Kunststoff und liegt damit gegen die Rückseite der Bahn 1 an. Die Wirkrichtung der hydraulischen Innenabstützung ist gemäß Fig. 1 von rechts nach links gegen die Prägewalze 4. Der Überzug 10 kann glatt und homogen sein, aber auch selbst eine prägende Struktur aufweisen, wenn an der Bahn 1 beim Durchlaufen des Prägewalzspalts 3 zugleich eine Rückseitenprägung vorgenommen werden soll.

Vertikal unter der Gegendruckwalze 5 ist eine bombierte Kühlwalze 11 angeordnet, die ebenfalls als konventionelle Walze ausgebildet ist und im Innern Kühl­ kanäle aufweist, durch die ein fluides Kühlmedium geleitet ist. Mit ihrem gekühlten Umfang liegt die Kühlwalze 11 unmittelbar an dem Außenumfang des elastischen Überzuges 10 an und bildet damit einen Kühlwalzspalt 12, in welchem von der Bahn 1 auf den elastischen Überzug 10 übertragene Wärme abgeführt wird.

In den Fig. 2 und 3 sind Ausführungsbeispiele für die Gegendruckwalze 5 dargestellt. Es handelt sich um hydraulisch innenabgestützte Walzen, die jeweils ein un­ drehbares Querhaupt und eine darum drehbare Hohlwalze 21, beides aus Stahl, umfassen. Der elastische Überzug 10 ist auf der Hohlwalze 21 angebracht. Das Querhaupt 20 füllt den Innenquerschnitt der Hohlwalze 21 zwar fast aus, beläßt jedoch ringsum radialen Abstand zum Innenum­ fang der Hohlwalze 21, so daß sich das Querhaupt 20 inner­ halb der Hohlwalze 21 etwas durchbiegen kann, ohne am Innenumfang der Hohlwalze 21 zur Anlage zu kommen.

In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist die Gegen­ druckwalze 5 als sogenannte schwimmende Walze ausgebildet, bei der an dem Querhaupt 20 diametral einander gegenüber­ liegende Längsdichtungen 22 vorhanden sind, die gegen den Innenumfang der Hohlwalze 21 dichtend anliegen und denen an den Enden der Hohlwalze 21 nicht dargestellte Endquer­ dichtungen zugeordnet sind, so daß in dem Zwischenraum zwischen dem Außenumfang des Querhauptes und dem Innen­ umfang der Hohlwalze 21 eine halbzylinderschalenförmige Längskammer 26 abgeteilt ist, die über eine in dem Quer­ haupt 20 ausgebildete Zuleitung 24 in der angedeuteten Weise mit Druckflüssigkeit gefüllt werden kann, die einen Druck gegen den Innenumfang der Hohlwalze 21 ausübt. Die Resultierende dieses Drucks ist eine Kraft 13, mit der die Hohlwalze 21 bei der in Fig. 2 gezeigten Anordnung der Längsdichtungen 22 nach rechts, d. h. gemäß Fig. 1 gegen die Prägewalze 4 gedrückt wird.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 sind in dem Querhaupt 20 auf der Seite des Walzspalts in einer Reihe über die Länge der Hohlwalze 21 verteilte radiale Zylinder­ bohrungen 27 angebracht, in denen kolbenartige Stützelemente 28 verschieblich sind, die unter dem Druck einer über die Zu­ leitung 24 herangeführten Druckflüssigkeit die Hohlwalze 21 gemäß Fig. 3 nach rechts bzw. gemäß Fig. 1 gegen die Präge­ walze 1 drücken.

In Fig. 4 ist der Zustand vor dem Schließen des Kühlwalzspalts 12 wiedergegeben. Die Gegendruckwalze 5 ist mit den aus der Hohlwalze 21 hervorstehenden Enden 20′ des Querhauptes 20 in einem Walzenständer 14 abgestützt. Die Hohlwalze 21 hängt unter ihrem Gewicht etwas durch. Die darunter angeordnete Kühlwalze 11 ist bombiert, d. h. sie ist in der Mitte etwas dicker als an den Enden. So­ wohl der Durchhang als auch die Bombage sind sehr stark übertrieben dargestellt. In Wirklichkeit liegen die Abweichungen von der Zylindrizität in der Größenordnung von einigen wenigen zehntel Millimetern.

In der in Fig. 5 dargestellten Phase ist der Kühlwalzspalt 12 geschlossen worden, indem die unter der Gegendruckwalze 5 angeordnete bombierte Kühlwalze 11 hoch­ gefahren worden ist. Wie aus Fig. 4 erkennbar ist, erfolgt eine Anlage zunächst in der Mitte. Bei Steigerung der auf die Zapfen 11′ der Kühlwalze 11 durch eine nicht dargestellte äußere Kraftausübungseinrichtung aufgebrachten Kräfte 15 breitet sich der Anlagebereich von der Mitte bis gegen die Enden der Walzen 11, 5 hin aus. Dabei wird die Hohl­ walze 21 der Gegendruckwalze 5 hochgedrückt und biegt sich die als konventionelle Walze ausgebildete Kühlwalze 11 in der aus der Fig. 5 ersichtlichen Weise unter der im Kühlwalzspalt 12 auftretenden Streckenlast etwas nach unten durch. Es wird schließlich eine Kraft 15 erreicht, bei der die Linienkraft im Kühlwalzspalt 12 über die Länge dieses Kühlwalzspalts gleichmäßig ist. Dies ist der ange­ strebte Betriebszustand, weil dann auch die Wärmeabnahme durch die Kühlwalze 11 von der Gegendruckwalze 5 über die Breite der Bahn 1 gleichmäßig ist.

In Fig. 5 ist die Gegendruckwalze 5 gerade darge­ stellt. Dies ist aber nicht zwingend. Es kann bei Erreichung des gleichmäßigen Liniendrucks in dem Kühlwalzspalt 12 dieser in einer vertikalen Ebene auch eine geringe Biegung aufweisen. Im Hinblick auf die Gleichmäßigkeit des Präge­ drucks im Prägewalzspalt 3 spielt dies keine Rolle, ebenso­ wenig wie es für die Gleichmäßigkeit der Anlage im Kühl­ walzspalt 12 von Bedeutung ist, wenn sich die Prägewalze 4 unter dem Druck der Gegendruckwalze 5 ein wenig durchbiegt. Maßgeblich ist, daß die Linienkräfte in den Walzspalten 3, 12 über deren Länge gleichmäßig sind. Die Gegendruckwalze 5 ist angetrieben, obwohl die dazu dienenden Mittel in der Zeichnung nicht dargestellt sind. Die beiden anderen Walzen 4, 11 können bedarfsweise ebenfalls angetrieben sein.

Bei den abgewandelten Ausführungsformen der Fig. 6 und 7 sind die Bezugszahlen funktionell gleicher Teile die gleichen wie in Fig. 1.

Bei dem Prägekalander 100′ der Fig. 6 ist die F- Anordnung der drei Walzen 4, 5, 11 gegenüber Fig. 1 lediglich um 45° entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht worden. Eine solche Anordnung kann aus Platzgründen oder wenn das Zusammen­ wirken mit den anderen Komponenten der Gesamtanlage es erfordert, zweckmäßig sein.

Bei dem Prägekalander 200 der Fig. 7 haben die Walzen 4 und 5 die gleiche Anordnung wie in Fig. 1, nur ist die bombierte Kühlwalze nunmehr vertikal oberhalb der Gegendruckwalze 5 angeordnet und findet sich dementsprechend der Kühlwalzspalt 12 auf der Oberseite der Gegendruckwalze 5.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 sind der Durch­ hang der Gegendruckwalze 5 und die Bombierung der Kühlwalze 11 einander entgegengerichtet. Die Kühlwalze 11 wird von unten gegen die Gegendruckwalze angestellt. Bis die Linien­ kraft in dem Kühlwalzspalt 12 gleichmäßig ist, hat sie eine gewisse Höhe erreicht. Bei der Ausführungsform nach Fig. 7 hingegen sind der Durchhang der Gegendruckwalze 5 und die Bombierung der Kühlwalze 11 gleichgerichtet, nämlich nach unten. Die Kühlwalze 11 paßt sich mit ihrer Bombierung gewissermaßen dem Verlauf der Oberseite der Gegendruck­ walze an. Schon bei sehr geringen Linienkräften kann bei dieser Anordnung die Gleichmäßigkeit der Anlage über die Länge des Kühlwalzspalts 12 erreicht werden. Es versteht sich natürlich, daß Bombierung und Durchhang der Kühlwalze 11 vor dem Schließen des Kühlwalzspalts 12 stärker sein müssen als der Durchhang der Gegendruckwalze 5.

Claims (4)

1. Prägekalander für thermoplastische Kunststof­ folien und dergleichen,
mit einer Prägewalze,
mit einer mit der Prägewalze den Prägewalzspalt bildenden, einen elastischen Überzug aufweisenden Gegen­ druckwalze,
und mit einer an der Gegendruckwalze in einem Kühl­ walzspalt anliegenden Kühlwalze, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegendruckwalze (5) eine hydraulisch innen­ abgestützte Walze mit gegen die Prägewalze (4) gerichteter Wirkungsebene und die Kühlwalze (11) eine konventionelle bombierte Walze ist, deren Achse in einer senkrecht zu der Wirkungsebene gelegenen, durch die Achse der Gegendruckwalze (5) gehenden Ebene angeordnet und die in dieser Ebene von der einen oder der anderen Seite gegen die Gegendruckwalze anstellbar ist.

2. Prägekalander nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Überzug (10) der Gegendruckwalze (5) eine prägende Struktur aufweist.

3. Prägekalander nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkungsebene der Gegendruckwalze (5) horizontal ist.

4. Prägekalander nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kühlwalze (11) vertikal von unten gegen die Gegendruckwalze (5) anstellbar ist.