DE4126232A1 - Durchbiegungseinstellwalze - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Walze mit einem drehfesten Träger und einem um diesen rotierbaren, mit wenigstens einem in einer Preßebene eine Stützkraft ausübenden Stützelement gegenüber dem Träger abgestützten Walzen­ mantel, welcher aus mehreren konzentrischen Zonen unterschiedlicher Eigenschaften aufgebaut ist.

Solche mit Stützelementen steuerbarer Stützkraft ausgerüsteten sogenannten Durchbiegungseinstellwalzen mit einem mehrschichtigen Walzenmantel sind beispiels­ weise aus DE 35 25 950 bekannt und werden zur thermi­ schen Behandlung der Warenbahn verwendet. Hierbei haben die einzelnen Schichten des Walzenmantels unterschied­ liche physikalische, insbesondere thermische Eigen­ schaften.

In der Regel besteht die innere Zone des Walzenmantels aus einem harten Material, z. B. Metall, und die äußere Zone aus weichem Material, z. B. einem Elastomer, wie Weichkautschuk oder dergl. Für manche Verwendungen, z. B. für die thermische Behandlung einer Papierbahn in einem Glättkalander oder für die thermische Behandlung oder Herstellung einer Kunststoffolie sind solche Durchbiegungseinstellwalzen mit Walzenmänteln dieser bekannten Art jedoch nur bedingt geeignet. Nachteilig ist insbesondere, daß die äußere Zone eine schlechte Wärmeleitfähigkeit aufweist, so daß keine gute Wärmeabfuhr gewährleistet ist und die Temperatur während der Behandlung der Warenbahn nur ungenügend konstant gehalten werden kann.

Die Erfindung setzt sich die Aufgabe, die vorstehend erwähnten Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und insbesondere eine Walze mit steuerbarer Stützkraft zu schaffen, welche insbesondere für die thermische Behandlung einer Warenbahn mit guter Wärme­ abfuhr und bei konstanter Temperatur geeignet ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Walzenmantel eine elastische innere Zone sowie wenigstens eine äußere Zone mit guter thermischer Leitfähigkeit aufweist.

Die äußerste Zone kann beispielsweise aus einem Material mit harter fester Oberfläche, z. B. einem Metall, bestehen.

Diese elastische Zone kann entweder die innerste Schicht darstellen, bei Verwendung bestimmter Stützelement-Typen, z. B. von hydrostatischen Stütz­ elementen, ist es jedoch zweckmäßig, als innerste Zone innerhalb der elastischen Zone zusätzliche dünne feste Laufflächen, z. B. aus Metall, für die Lagerflächen der Stützelemente vorzusehen.

Mit Vorteil ist eine äußere Kühl- oder Heizvorrichtung vorgesehen, beispielsweise als eine von außen wirkende Fluid-Kühlvorrichtung, beispielsweise mit Kühlgas-Düsen versehen und mit einer geeigneten Temperaturregelvor­ richtung zusammenarbeitend, oder eine äußere Kühl­ walze.

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

Fig. 1 eine Walze im horizontalen Axialschnitt, und

Fig. 2 eine Walze gemäß Fig. 1 im Radialschnitt, bei Verwendung beispielsweise in einer Folien­ gießanlage.

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 hydrostatisch geschmierter Stützelemente können jedoch auch andersartige Stützelemente verwendet werden, beispielsweise bekannte hydrodynamisch geschmierte Stützelemente, Druckkissen, 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 behandelten Warenbahn 4 ein individuell einstellbarer Druck erzeugt werden und z. B. ein gewünschtes Dickenprofil der gebildeten 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 Stützleiste erstreckendes Stütz­ element oder eine Druckkammer, welche über eine einzige Leitung mit Druckmittel 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 Durchbiegungseinstellwalze 1 mit Vorteil durch Dichtungen 15 abgedichtet, die in bekannter Weise auch zur Lagerung des Walzenmantels 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 Glätten einer erhitzten Papierbahn oder zum Behandeln oder zum Gießen von Kunststoffolien mit einem engen Erstarrungstemperaturbereich von wenigen Grad Celsius, ist es erforderlich, die Temperatur im Spalt zwischen den beiden Walzen 1 und 2 mit einer relativ engen Toleranz von wenigen Grad Celsius konstant zu halten, da nur so die gewünschten Eigen­ schaften der im Spalt 5 gebildeten oder behandelten Warenbahnen erreicht werden können.

Um die gestellte Aufgabe zu lösen, ist der Walzenmantel 10 aus mehreren konzentrischen Schichten aufgebaut. Als innere Schicht dient eine relativ dicke Schicht 16 mit größerer Elastizität. Hierunter ist eine Schicht, beispielsweise aus Kautschuk zu verstehen oder ein Material mit analoger Elastizität, beispielsweise ein anderes Elastomer. Eine Kernzone mit dieser Elasti­ zität gestattet eine genügend flexible Regelung der Stützkräfte über die Walzenbreite und somit eine hinreichend feine Profilregelung der erzeugten Materialbahn über die Breite.

Innerhalb der Kernzone 16 können steife 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 gewährleisten, wie z. B. aus US 40 58 877 oder 45 83 273 bekannt.

Durchbiegungseinstellwalzen der beschriebenen Art mit einem weichen Walzenmantel ohne wärmeleitende äußere Zone haben zwar die für die beabsichtigte Verwendung 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 Warenbahn 4 von der Walzenoberfläche aufgenommen werden kann, daß eine definierte Behandlung der Warenbahn 6 gewährleistet ist. Die Einhaltung einer definierten Temperatur 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 geeignet sind hierfür metallische Schichten, beispielsweise aus Kupfer oder Silber. Die Dicke dieser metallischen Schicht 17 ist so gewählt, daß die Schicht eine ausreichende Wärmemenge aus der bearbeiteten Warenbahn 4 aufnehmen kann, so daß im Spalt 5 eine definierte Abkühlung auf die erforderliche Temperatur stattfindet. In der Regel ist eine Schichtdicke von 1 mm oder weniger geeignet.

Um die 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 äußere 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 Warenbahn aufge­ nommene Wärme wieder abführen. Die Gasdüsen 18 werden von einem Ventilator 19 betrieben, welcher aus der Umgebung Luft ansaugt und über die Gasdüsen 18 auf die Walzenoberfläche leitet. Der Ventilator 19 wird von einem Temperatursensor 20 vor dem Einlauf der Warenbahn 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. Stattdessen ist jedoch auch eine äußere Kühlwalze analog zu DE 39 00 294 geeignet.

Um ein Ankleben der Warenbahn 4 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- Gießanlage mit einem Durchmesser der Durchbiegungs­ einstellwalze von 40 cm bestand die Kernzone von 8 cm Dicke aus Kautschuk, auf deren Außenseite eine 0,2 mm dicke Schicht aus Kupfer angeordnet war, deren Außenoberfläche hartverchromt mit spiegelglatter Oberfläche war. Statt einer metallischen Außenschicht kann jedoch auch eine Schicht aus einem anderen harten Material verwendet werden, das eine genügend thermische Leitfähigkeit aufweist.

Die Verwendung der beschriebenen Walze in einem Kunststoff-Folienkalander stellt nur ein geeignetes Beispiel dar, und ist nicht hierauf beschränkt. Die Walze läßt sich mit Vorteil auch für andere Zwecke einsetzen, z. B. für die Behandlung einer erhitzten Papierbahn in einem Glättkalander, bei dem eine erhitzte Papierbahn im Glättkalander gekühlt wird, wobei die von den Walzen aufgenommene Wärme hinreichend gut abgeführt werden muß. Es ist aber auch möglich, die Walze zur Erwärmung einer Papierbahn zu verwenden. In diesem Fall wird die Walze von außen erwärmt, was den Vorteil hat, daß wegen der isolierend wirkenden inneren Zone der Walze die Innentemperatur wenig beeinflußt wird.

Claims (10)

1. Walze mit einem drehfesten Träger (8) und einem um diesen rotierbaren, mit wenigstens einem in einer Preßebene eine Stützkraft ausübenden Stützelement (11) abgestützten Walzenmantel (10), welcher aus mehreren konzentrischen Zonen unterschiedlicher Eigenschaften aufgebaut ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Walzenmantel (10) eine elastische innere Zone (16) sowie wenigstens eine äußere Zone (17, 22) mit guter thermischer Leitfähigkeit aufweist.

2. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Zone (17, 22) mit guter thermischer Leitfähigkeit eine feste harte Oberfläche aufweist.

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

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

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

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

7. Walze nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Zone (17, 22) mittels einer sich über wenigstens einen Teil der Walzenoberfläche erstreckenden äußeren Kühl- oder Heizvorrichtung (18) auf eine vorgegebene Temperatur einstellbar ist.

8. Walze 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 Kühl- oder Heizvorrichtung (18) derart steuert, daß die Temperatur an der Meß­ stelle auf einen vorgegebenen Temperaturwert geregelt ist.

9. Walze nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlvorrichtung Kühl­ gasdüsen (18) aufweist durch welche ein Kühlgas auf die Oberfläche der äußersten Zone (22) der Walze geleitet wird.

10. Walze nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlvorrichtung eine äußere Kühlwalze ist, die in Kontakt mit der äußersten Zone (22) der Walze ist.