DE4125613A1 - Anlage zum giessen einer kunststoff-folie - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zum Gießen einer Kunststoff-Folie mit einer Walze mit einem drehfesten Träger und einem um diesen rotierbaren und gegen diesen mit wenigstens einem in einer Preßebene eine Stütz­ kraft ausübenden Stützelement abgestützten Walzen­ mantel, welcher mit einer Gegenwalze derart zusammen­ arbeitet, daß ein in den Spalt zwischen der Walze und der Gegenwalze hineingeleitetes fließfähiges Kunst­ stoffmaterial auf eine vorgegebene Erstarrungs­ temperatur abgekühlt wird.

Solche Kunststoffolien-Gießanlagen sind z. B. aus DE 33 00 251 bekannt. Hierbei wird die fließfähige Kunststoffmasse zwischen die beiden Walzen geleitet und während der Erstarrung vermittels der regelbaren Stützkraft der Stützelemente der einen als Durch­ biegungseinstellwalze ausgebildeten Walze auf ein vorgesehenes Dickenprofil geregelt. Für bestimmte Kunststoffe, welche einen relativ plötzlichen Übergang zwischen dem fließfähigen und dem festen Zustand in einem engen Temperaturbereich zeigen, sind Walzen mit Walzenmänteln bekannter Art jedoch nur schlecht geeignet. Einerseits muß bei solchen schnell erstarrenden Kunststoffen, z. B. Polyäthylen, der Preß- und Dickenregelvorgang zu einem genau bestimmten Zeitpunkt bei möglichst exakter Temperatur stattfinden, was bei thermoplastischen Kunststoffen mit einem größeren Erstarrungsbereich nicht in dem Masse erforderlich ist, und andererseits neigen schnell erstarrende Kunststoffe während des Erstarrungs­ vorganges zum Ankleben an die üblichen Walzenober­ flächen.

Die Erfindung setzt sich die Aufgabe, die vorstehend erwähnten Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und insbesondere eine Gießanlage zu schaffen, welche insbesondere für die Herstellung von Kunststoffolien aus schnell erstarrenden Kunststoffen geeignet ist, welche eine Stützkraftregelung bei Einhaltung engerer Temperaturtoleranzen gestattet, wobei ein Ankleben des erstarrenden Kunststoffes an die Walzenoberfläche vermieden wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Walzenmantel aus mehreren konzentrischen Zonen unterschiedlichen Materials aufgebaut ist und eine innere Zone mit gummiweicher Elastizität, sowie wenigstens eine äußere dünne metallische Zone mit guter thermischer Leitfähigkeit und fester glatter Oberfläche aufweist, welche mittels einer sich über wenigstens einen Teil der Walzenoberfläche erstrecken­ den Kühlvorrichtung auf eine vorgegebene Temperatur kühlbar ist.

Vorzugsweise besteht die äußerste Zone aus einem Metall mit spiegelglatter und hochglänzender Ober­ fläche, mit welcher ein Ankleben des Kunststoffes mit größerer Sicherheit verhindert werden kann.

Mit Vorteil ist eine Zone mit möglichst großer thermischer Leitfähigkeit vorgesehen. Dabei kann es sich um die äußerste hochglänzende Zone selbst handeln, oder um eine unmittelbar unter dieser Hochglanzschicht liegende Zone aus anderem Material mit höherer thermischer Leitfähigkeit, z. B. Kupfer oder Silber, an welche sich innen die dickere Zone aus einem gummielastischen Elastomer anschließt.

Diese gummielastische Zone kann z. B. die innerste Schicht darstellen. Bei Walzen mit hydrostatischen Stützelementen, ist es jedoch zweckmäßig, als innerste Zone innerhalb der gummielastischen Zone zusätzliche dünne feste Laufflächen, z. B. aus Metall, für die Lagerflächen der Stützelemente vorzusehen.

Die Kühlvorrichtung kann beispielsweise als von außen wirkende Fluid-Kühlvorrichtung, beispielsweise mit Kühlgas-Düsen versehen, ausgebildet sein und mit einer geeigneten Temperaturregelvorrichtung zusammenarbeiten.

Die Erfindung wird anhand der bei liegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Walze im horizontalen Axialschnitt, und

Fig. 2 eine Walze gemäß Fig. 1 in einer Folien­ gießanlage im Radialschnitt.

Bei der in den Figuren dargestellten Anordnung wirkt eine Durchbiegungseinstellwalze 1 mit einer Gegenwalze 2 zusammen, die als konventionelle Massiv- oder Hohlwalze ausgebildet sein kann, oder aber ebenfalls als Durchbiegungseinstellwalze. Aus einem Extruder 3 strömt fließfähige Kunststoffmasse 4 in den Spalt 5 zwischen den Walzen 1 und 2 und erstarrt dort zu einer Kunststoffolie 6, die über eine Umlenkrolle 7 abgeführt wird.

Die Durchbiegungseinstellwalze 1 weist einen Träger 8 auf, welcher in einem Gerüst 9 drehfest, jedoch in beschränktem Masse schwenkbar gelagert ist, wie im Detail beispielsweise aus US 38 02 044 oder 38 85 283 bekannt. Ein Walzenmantel 10 ist gegen den Träger mit einer Reihe von Stützelementen 11 abgestützt und um den Träger 8 rotierbar. Bei den Stützelementen 11 kann es sich, wie beispielsweise aus US 38 02 044 bekannt, um hydrostatische Stützelemente handeln, welche in einer mit hydraulischem Druckmittel versorgten Zylinder­ führung 12 im Träger 8 in Stützrichtung verschiebbar sind und an ihrer Vorderseite eine hydrostatische Lagerfläche 13 aufweisen, welche über Drosselbohrungen 14 vom Zylinderraum 12 mit Hydraulikmittel versorgt wird und eine reibungsarme Rotation des Walzenmantels 10 gestattet.

Statt hydrostatischer Stützelemente können jedoch auch andersartige Stützelemente verwendet werden, beispiels­ weise bekannte hydrodynamische Stützelemente, Druck­ kissen, Druckräume, elektromagnetische, pneumatische oder mechanische Stützelemente.

Die Stützelemente 11 können gemeinsam, gruppenweise oder individuell mit Druckmittel regelbaren Druckes versorgt sein. Somit kann über die Breite des Spaltes 5 bzw. der dort gebildeten Kunststoffolie ein individuell einstellbarer Druck erzeugt werden und ein gewünschtes Dickenprofil der Kunststoffolie 6 nach dem Verlassen des Spaltes 5. Um eine Feinprofilregelung zu erreichen, ist es zweckmäßig, eine Anzahl von Stützelementen 11 nebeneinander anzuordnen und mit Druckmittel zu versorgen, dessen Druck für jedes Stützelement oder zumindest für Gruppen von Stützelementen individuell regelbar ist. Für eine Dickenprofilregelung erster Ordnung genügt jedoch unter Umständen ein einzelnes, sich über die gesamte Breite in der Form einer Stütz­ leiste erstreckendes Stützelement oder eine Druck­ kammer, welche über eine einzige Leitung mit Druck­ mittel regelbaren Druckes versorgt wird, und zusammen mit einer Lagerung des Walzenmantels 10 auf dem Träger 8 an den Walzenmantel-Enden eine Profilregelung erster Ordnung, d. h. zwischen Walzenmitte und Walzenenden, gestattet. An den Enden ist die Durchbiegungseinstell­ walze 1 mit Vorteil durch Dichtungen 15 abgedichtet, die in bekannter Weise auch zur Lagerung des Walzen­ mantels 10 auf dem Träger 8 oder zur Führung der Walzenmantelenden in Stützrichtung ausgebildet sein kann, wie z. B. in US 38 85 283 beschrieben.

Zur Verwendung der vorstehend beschriebenen Anordnung zum Gießen von Kunststoffolien mit einem engen Erstarrungstemperaturbereich von wenigen Grad Celsius, z. B. von Polyäthylen, ist es erforderlich, die Tempe­ ratur im Spalt zwischen den beiden Walzen 1 und 2, wo die plötzliche Erstarrung der Kunststoffmasse ein­ tritt, mit einer relativ engen Toleranz von wenigen Grad Celsius konstant zu halten, da nur so das gewünschte Dickenprofil der im Spalt 5 gebildeten Kunststoffolie 6 erreicht werden kann. Außerdem muß ein Festkleben der gebildeten Kunststoffolie 6 an der Durchbiegungseinstellwalze 1 verhindert werden.

Um dieses Ziel zu erreichen, ist der Walzenmantel 10 aus mehreren konzentrischen Schichten aufgebaut. Als innere Schicht dient eine relativ dicke Schicht 16 mit gummiweicher Elastizität. Hierunter ist eine Schicht, beispielsweise aus Weichkautschuk zu verstehen oder ein Material mit analoger Elastizität, beispielsweise ein anderes Elastomer mit einer Shore-Härte A zwischen 40 und 95. Eine Kernzone mit dieser Weichheit und Elasti­ zität gestattet eine genügend flexible Regelung der Stützkräfte über die Walzenbreite und somit eine hinreichend feine Profilregelung der erzeugten Plastik­ folie über die Breite.

Innerhalb dieser gummiweichen Kernzone 10 können metallische Laufringe für die Lagerflächen der Stützelemente 11 vorgesehen sein, welche eine exakte Lagerung des Walzenmantels, eine störungsfreie Rotation um den Träger sowie eine exakte Kraftübertragung von den Stützelementen 11 auf den Walzenmantel 10 gewähr­ leisten, wie z. B. aus US 40 58 877 oder 45 83 273 bekannt.

Durchbiegungseinstellwalzen der beschriebenen Art mit einem gummiweichen Walzenmantel haben zwar die für die Verwendung in einer Kunststoffolien-Gießanlage erforderliche Elastizität und Flexibilität, jedoch ist die thermische Leitfähigkeit von Weichgummi und ähnlichen Elastomeren derart schlecht, daß im Spalt 5 nicht so viel Wärme aus der fließfähigen Kunststoff­ masse 4 von der Walzenoberfläche aufgenommen werden kann, daß eine definierte Erstarrung zu einer Kunststoffolie 6 stattfinden kann. Die Einhaltung einer genau definierten Erstarrungstemperatur im Spalt 5 erfordert daher besondere Vorkehrungen. Zu diesem Zweck ist außen auf die Kernzone 16 des Walzenmantels 10 wenigstens eine dünne Schicht 17 mit besonders guter thermischer Leitfähigkeit aufgebracht. Besonders ge­ eignet sind hierfür metallische Schichten, beispiels­ weise aus Kupfer oder Silber. Die Dicke dieser metallischen Schicht 17 ist so gewählt, daß die Schicht eine ausreichende Wärmemenge aus der Kunst­ stoffmasse 4 aufnehmen kann, so daß im Spalt 5 eine schnelle Abkühlung auf die erforderliche Erstarrungs­ temperatur stattfindet. In der Regel genügt eine Schichtdicke von höchstens 1 mm oder weniger. Um diese Oberflächentemperatur der Walze 1 im Spalt 5 auf einen vorbestimmten Wert möglichst genau zu regeln, sind an der Außenseite der Walze 1 über wenigstens einen Teil ihres Umfanges sich erstreckende Kühlvorrichtungen 18 angeordnet. Diese sind mit Vorteil als Fluiddüsen ausgebildet, insbesondere als Gasdüsen, welche ein bestimmtes Kühlgas auf die Walzenoberfläche blasen und die im Spalt 5 aus der Plastikmasse aufgenommene Wärme wieder ab führen. Die Gasdüsen 18 werden von einem Ventilator 19 betrieben, welcher aus der Umgebung Luft ansaugt und über die Gasdüsen 18 auf die Walzenober­ fläche leitet. Der Ventilator 19 wird von einem Temperatursensor 20 vor dem Einlauf der Plastikmasse 4 in den Spalt 5 gesteuert, welcher die Temperatur der Walzenoberfläche kurz vor dem Einlauf in den Spalt 5 abtastet und den Ventilator 19 über einen Regler 21 so ansteuert, daß die vom Sensor 20 gemessene Temperatur einem vorgegebenen Sollwert entspricht.

Um ein Ankleben der erstarrenden Kunststoffmasse an die Walzenoberfläche zu vermeiden, ist die Oberfläche spiegelglatt oder hochglänzend ausgeführt. Dies kann durch entsprechende Materialwahl und Behandlung der thermisch hochleitenden Schicht erfolgen, z. B. durch Polieren einer aus Silber oder einer Silberlegierung bestehenden Schicht 17 oder durch Aufbringen einer sehr dünnen z. B. ca. 0,1 mm dicken weiteren Schicht 22 auf die thermisch hochleitende Schicht 17, beispielsweise durch eine Glanzverchromung der aus Kupfer bestehenden thermisch leitfähigen Schicht 17.

Die Gegenwalze 2 kann analog aufgebaut sein wie die Durchbiegungseinstellwalze 1 oder als Massiv- oder Hohlwalze mit einer, ebenfalls spiegelglatten Oberfläche.

Bei einem den gestellten Anforderungen genügenden praktischen Ausführungsbeispiel einer Kunststoffolien-Gieß­ anlage für Polyäthylen mit einer Erstarrungs­ temperatur von 60°C und einer Folien- bzw. Walzenbreite von ca. 6 Metern, einem Durchmesser der Durchbiegungseinstellwalze von 40 cm bestand die Kernzone von 8 cm Dicke aus Weichkautschuk der Shorehärte A von 62, auf deren Außenseite eine 0,2 mm dicke Schicht aus Kupfer angeordnet war, deren Außenoberfläche hartverchromt mit spiegelglatter Oberfläche war.

Claims (8)

1. Anlage zum Gießen einer Kunststoff-Folie mit einer Walze mit einem drehfesten Träger (8) und einem um diesen rotierbaren und gegen diesen mit wenigstens einem in einer Preßebene eine Stützkraft ausübenden Stützelement (11) abgestützten Walzenmantel (10), welche mit einer Gegenwalze (2) derart zusammen­ arbeitet, daß ein in den Spalt (5) zwischen der Walze (1) und der Gegenwalze (2) hineingeleitetes fließfähiges Kunststoffmaterial (4) auf eine vorgegebene Erstarrungstemperatur abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Walzenmantel (10) aus mehreren konzentrischen Zonen unterschiedlichen Materials aufgebaut ist und eine innere Zone (16) mit gummiweicher Elastizität sowie wenigstens eine äußere dünne metallische Zone (17, 22) mit guter thermischer Leitfähigkeit und fester glatter Ober­ fläche aufweist, welche mittels einer sich über wenigstens einen Teil der Walzenoberfläche erstreckenden Kühlvorrichtung (18) auf eine vorgegebene Temperatur kühlbar ist.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Zone (16) mit gummiweicher Elastizität eine Shorehärte A im Bereich zwischen 40 und 95 auf­ weist.

3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zone (17) mit guter thermischer Leitfähigkeit aus Kupfer oder Silber oder einer Legierung dieser Metalle besteht.

4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Zone (17) mit guter thermischer Leit­ fähigkeit höchstens 1 mm beträgt.

5. Anlage nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der äußersten Zone (22) des Walzenmantels (10) hochglänzend ausgeführt ist.

6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die äußerste Zone (22) aus einer Hartverchromung besteht.

7. Anlage nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Einlaufseite der Walze ein Temperatursensor (20) zur Messung der Oberflä­ chentemperatur der äußersten Zone (22) vorgesehen ist, welche die Kühlvorrichtung (18) derart steuert, daß die Temperatur an der Meßstelle auf einen vorgegebenen Temperaturwert geregelt ist.

8. Anlage nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlvorrichtung Kühl­ gasdüsen aufweist durch welche ein Kühlgas auf die Oberfläche der äußersten Zone (22) der Walze geleitet wird.