DE7408166U - Vorrichtung zur verhinderung von walzen-durchbiegungen in walzwerken und kalandern - Google Patents

Description

,/ Vorrichtung zur Verhinderung von Walzen-Durchbiegungen in Walzwerken und Kalandern ^=-^

Die Neuerung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Verhinderung der Durchbiegung von rotierenden Walzen in Walzwerken oder Kalandern in der Kunststoff- und Gummi-Industrie, der Lebensmittel-, Papier- und anderen Industrien und beim Walzen von Metallen.

Beim Auswalzen oder Kalandrieren von plastischem Material zwischen Walzen entstehen oft sehr hohe Liniendrücke zwischen den Walzen, welche infolge der immer vor-» handenen Elastizität der Walzen zu einer Durchbiegung der Walzen führen und damit zu einer Veränderung des Walzspaltes, so daß die hergestellte Materialbahn in der Mitte dicker wird als an den Rändern. Bei Mehrwalzen-Ka lander η sind die äußeren Walzen, also die erste und letzte jeweils am

740B186 01.OU6

stärksten dieser Durchbiegung ausgesetzt.

Schon früh wurden Versuche gemacht, die Durchbiegung zu kompensieren. So ist es üblich, die Walzen ballig, d.h. in der Mitte dicker als an den Rändern zu schleifen» so daß sich nach Durchbiegung der Walze im Betriebszustand eine gerade Walzlinie und ein planparalleler Spalt ergeben. Von Nachteil ist, daß dieser ballige Schliff nur für einen bestimmten Betriebszustand, also eine Temperatur, eine Geschwindigkeit, eine Viskosität etc. gültig ist* Bei Abweichungen von diesem Zustand erfolgen wieder Abweichungen in der Parallelität der Walzen.

Eine andere Methode der Kompensation der Walzendurchbiegung besteht darin, die Walzen schräg gegeneinander zu verstellen. Damit wird der Effekt r»zielt, daß die Walzen im unbelasteten Zustand in der Mitte näher zusammen sind als an den Seiten und daß sich bei Belastung und Aufweitung eine etwa parallele Spaltform ergibt, die jedoci? tatsächlich eine Kurve höherer Ordnung ist.

Eine weitere Methode besteht darin, daß die Walze außen außerhalb der Walzenlager über Hydraulikzylinder in Druckrichtung der Linienlast belastet wird ("roll bending"), so daß die Walze verbogen und somit die Biegung durch den Massedruck des Walzgutes in etwa kompensiert wird. Die hierzu notwendigen Kräfte addieren sich zu den Lagerkräften aus dem Massedruck, so daß eine enorme Steigerung der Lagerkräfte entsteht.

In der Praxis der heutigen Kalanderanlagen werden alle drei genannten Methoden gleichzeitig verwendet. Die aus der kombinierten Anwendung sich ergebende Form der

■ i 740S13S 01.04.7B

Durchbiegung der Walza ist eine Funktion höherer Ordnung, welche nur durch komplizierte Rechenprogramme gelöst werden kann, und trotzdem zu keiner vollbefriedigenden Lösung führt, da immer Restfehler bleiben; diese Restfehler werden asit steigender Breite größer* Bei dem heutigen Trend zur Vergrößerung des Durchsatzes einzelner Anlagen, der vorwiegend über eine Verbreiterung der Walzenballen führt, potenzieren sich die Schwierigkeiten bei wachsender Breite,

j so daß man heute bei einer gewissen Grenze angelangt ist.

j Im Bereich der Metallwalzwerke sind Vorrichtungen bekannt,

bei welchen relativ dünne Arbeits-Wälzen von relativ

• dicken zweiseitig gelagerten Stützwalzen auf den dem

Walzenspalt gegenüberliegenden Seiten abgestutzt sind. Aber auch hierdurch wird die mögliche Durchbiegung nur verringert. Zusätzlich wird eine metallische Berührung mit den daraus resultierenden Beschädigungen der Walzenoberfläche im Dauerbetrieb in Kauf genommen.

Die Folge dieser Maßnahmen ist, daß die heute hergestellten Kalander die teuersten und kompliziertesten Kunststoffmaschinen darstellen.

Die Nachteile der bisher bekannten Methoden bestehen also zusammengefaßt darin, daß

- enorm starke Lager eingebaut werden müssen,

- enorm steife Rahmenkonstruktionen erforderlich sind

- öle Walzendurchmesser immer größer werden, obwohl dies verfahrensmäßig sehr ungünstig ist, da mit größeren Durchmessern der Walzen auch die auftretenden Kräfte ansteigen,

- teure und komplizierte Einrichtungen zur Kompensation der Biegung angebaut werden müssen,

- dennoch trotz all dieser Maßnahmen Verbiegungen auftreten.

⁷4Γ"13ο C1.04.76

Darüber hinaus ist[auch noch eine Abstützung für Quetschwalzen zum Austreiben der Feuchtigkeit aus Textilbahnen bekannt (DT-PA K 9026 VII/8a), bei der die Quetschwalzen von geringem Durchmesser an mehreren Druckrollenpaaren abgestützt sind. Zur Feststellung des Walzspaltes und zur Verhinderung von Walzendurohbiegüngen kann jedes Druckr-ollen-Paar gesondert hydraulisch zugestellt werden. Darüber hinaus sind auch noch Einrichtungen bekannt, bei denen die Walzendurchbiegung durch äruckbeaufschlagte, sich über die gesamte Walzönlänge erstreckende Gleitlager oder durch Zugmagnete verhindert werden soll. Alle diese Einrichtungen sind .jedoch für Kalander zur Verarbeitung von Kunststoffen ungeeignet.

^rr'V:-% 0104.76

'4

Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, die geschilderten und andere Nachteile der bekannten Vorrichtungen und Verfahren zum Kompensieren der Durchbiegung der Walzen zu überwinden, also eine verbesserte einfachere Konstruktion von Walzwerk-Kalandern zu schaffen, bei denen eine Durchbiegung der Walzen und eine Aufweitung des Walzspaltes im mittleren P--=J~eich sicher verhindert wird.

Diese Aufgabe wird neuerungs gemäß dadurch gelöst, daß an der der Resultierenden aller Material-Kräfte im Knet, entgegengesetzten Seite der Walze eine etwa gleich große regelbare linien- oder flächenförmige Gegenkraft direkt auf die Walzenoberfläche selbst aufgebracht wird, so daß die entgegengesetzt gerichteten Kräfte sich etwa aufheben und wobei die Aufbringung dieser Kraft so erfolgt, daß diese für die Walzenoberfläche im wesentlichen unschädlich ist.

Durch die Neuerung wird die Durchbiegung der Walze nicht von außen kompensiert, sondern von vornherein generell verhindert. Die Neuerung bewirkt weiterhin, daß nur relativ kleine Lagerkräfte frei werden, so daß die Lagerungen ganz wesentlich leichter und preiswerter werden. Durch das Absinken der Walzentrennkräfte werden wiederum die Ständerkonstruktionen einfacher. Dadurch daß die Walzendurchmesser wesentlich kleiner gemacht werden können, werden einmal die Kosten gesenkt, zum anderen wird vor allem eine wesentliche verfahrenstechnische Verbesserung des Kalandriervorganges erzielt. Schließlich können die Walzenbreiten erheblich über das heute übliche Maß hinaus vergrößert werden, was zu einer rationelleren Produktion führt.

740&166 O1.0U6

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sieht vor, daß die Gegendruckkraft durch mehrere .In Abständen nebeneinander angeordnete kurze Rollen erzeugt wird, welche auf der Walze aufliegen, ohne diese im wesentlichen zu beschädigen, wobei in den Abständen zwischen den Walzen jeweils mehrere Lagerungen angebracht sind, die sich über hydraulische Zylinder am Gestell abstützen. Der Druck in den Hydraulikzylindern und damit die Größe der Kraft wird über Kraftmeßdosen geregelt, weiche in den Lagern der Walze eingebaut sind.

Steigt die Lagerkraft, so wird der Hydraulikdruck verstärkt, bis die Lagerkraft wieder absinkt und ein bestimmter eingestellter Wert wieder erreicht ist.

Eine gewisse Mindestlagerkraf t wird zugelassen, um ein Schwimmen der Walze im Lager und damit einen Undefinierten Zustand der Spaltweite zu vermeiden.

Pur niedrige bis mittlere Liniendrücke ist es vorteilhaft Druckrollen mit einem Mantel aus elastischem Material zu versehen,, um die Kräfte gleichmäßig zu verteilen und die Walzenoberfläche weitgehend zu schonen.

Eine andere Ausführung der neuerungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß nicht die Druckrollen mit einem elastischen Überzug versehen sind, sondern daß ein elastisches Band zwischen Kalanderwalze und Druckrollen hindurch läuft.

Für höhere auftretende Liniendrücke kann als Rollenbezug Material mit höherer Druckfestigkeit verwendet werden, z.B. Holz, Bronze, Aluminium. Für höchste Drücke sind auch reine Stahlrollen denkbar. Hierbei ist die Härte von Kalanderwalze und Gegendruckrolle so zu wählen, daß die Kalanderwalze möglichst nicht beschädigt wird.

7406136 01.04.76

Für hohe Linienkräfte kann auch eine Mehrfachanordnung von mehreren Reihen von Rollen in Umfangsrichtung nebeneinander und axial hintereinander eingesetzt werden, so daß sich die Kraft auf mehrere Berührungslinien aufteilt und somit die maximale Linienkraft sich entsprechend verringert.

Eine andere Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sieht vor, daß als Gegenkraft direkt. Gasdruck verwendet wird, de.- durch eine sich über die Breite der Walze erstreckende Druckhaube aufgebracht wird. Die Abdichtung gegen den Gasaustritt kann an den Rändern durch schleifende Dichtungen, am Walzenumfang über ein Labyrinth oder mehreren in dichtem Abstand über der Walze angeordneten Dichtlippen erfolgen. Bei temperierten Walzen kann das Gas zum Verhindern des Abkühlens der Walzen erhitzt werden.

Eine andere Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sieht vor. daß die Gegenkraft magnetisch saach dem Prinzip des Magnetkissens erzeugt wird, wobei als Kissen eine Schale verwendet wird, welche dem Durchmesser der Walze angepaßt ist. Es wird in dem Kissen eine der Eisenwalze entgegengerichtete Kraft erzeugt, welche sich bei Verringerung des Abstande.potentiell erhöht. Dieses System erlaubt ein völlig berührungsloses Aufbringen der Gegenkräfte, verhindert also jede denkbare Beschädigung der Oberfläche der Walze. Die Abstützung am Rahmen kann wahlweise hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch/mechanisch erfolgen.

Wahlweise sind auch andere Kombinationen denkbar, wie magnetische Erzeugung der Kraft, elektromagnetische Erzeugung der Kraft, und el*/magnet_f pneumat./iBechan, Aufbringung auf die Oberfläche.

01.04.76

Vorteilhaft kann zur Erzeugung der Gegenkraft eine Vorrichtung nach DBP 2 110 179 verwendet we d^a, in welcher das aufgestaut«» Material zwischen Schale »ind walze die Gegenkraft aufbringt. Die Schale wird ihrerseits durch z.B. mehrere hydraulische Zylinder gegen das Gestell abgestützt.

Vorteilhaft kann ferner die vorliegende Neuerung mit der Vorrichtung nach DBP 2 110 179 und mit Baueinheiten nach Vorrichtung DBP 2 119 380 zu einer neuartigen einfachen Maschine kombiniert werden.

AusfUhrungsbeispiele der Neuerung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Kalander mit

der schematischen Darstellung der Grundlagen der Kraftentstehung und Aufbringung der Gegenkraft,

Fig. 2a - c eine Vorrichtung mit mechanischer Aufbringung der Gegenkraft in Stirn-, Selten und perspektivischer Ansicht,

Fig. 3 eine Vorrichtung mit mechanischer Aufbringung der Gegenkraft durch mehrfach parallel angeordnete Druckrollen,

Fig. h eine Vorrichtung mit magnetischer Aufbringung der Gegenkraft in teilgeschnittener perspektivischer Darstellung,

Fig. 5 eine Vorrichtung mit pneumatischer Aufbringung

der Gegenkraft in teilgeschnittener perspektivischer Darstellung,

Fig. 6 eine Vorrichtung, bei welcher die Gegenkraft durch eine Schale aufgebracht wird,

Fig. 7a - g zeigt Anordnangsvariationen der Vorrichtungen am Kalander mit unterschiedlicher Walzenanzahl.

Ήί 01ÖU6

Fig. 1 ist eine Prinzipdarstellung des Angriffes der Biege- und der neuerungsgemäßen Gegenkräfte an den Walzen eines Kalanders. Zwei bebelzte und mit regeibaier Geschwindigkeit entgegengesetzt rotierende Walzen 1 und 2 bilden einen engen Walzspalt 5· Das auszuwalzende plastische Band 3 wird einer Walze zugeführt, gelangt in den engen Spalt, wird dort aufgestaut und bildet einen Stau oder auch "Knet" genannt, in welchem das Material in knetender Weise gemischt wird. Durch den Spait 5 wird dann das Material in vorbestimmter Dicke ausgezogen und als Folie 6 von der folgenden Walze 1 ausgetragen. Statt der hier beispielhaft angegebenen zwei Walzen können auch mehrere - bis zu fünf - Walzen hintereinander Verwendung finden.

Durch die meist sehr zähe Maonc wird bsi= Aufstaues im Spalt ein hoher Staudruck 7 erzeugt, der als Flächenkraft gegen die beiden Walzen gerichtet ist und diese zu trennen sucht.Die Resultierende aus dieser Flächen? raft ist die Kraft 8, welche auf die Achse der Walze gerichtet ist und bei Auflagerung der Walzen nur an ihren Enden, eine erhebliche Durchbiegung der Walzen bewirkt. Diese Aufbiegung wird verhindert durch eine direkt auf der Gegenseite der jeweiligen Walze linien- oder flächenförmig angreifende Gegenkraft 9.

Bei der in Fig. 2a - c gezeigten mechanischen Aufbringung der Gegenkraft auf die Walze wird zwischen den Walzen 1 und 2 durch den Massewulst k eine Kraft 10 erzeugt. Die Gegenkraft 11 wird auf die Arbeitswalze durch eine Rolle 12 mit elastischem Überzug 13 aufgebracht. Die Rolle 12 ist nicht durchgehend, sondern weist in Abständen Zwischenlager tk auf. An den Lagerkörpern 15 werden Hydraulikzylinder 16 angeschlossen, die sich wiederum am Maschinengestell 17 abstützen.

7408166 01.04.76

Bei der in Fig·■3 gezeigten mechanischen Aufbringung der Gegenkraft auf die Walze wird die Gegenkraft durch mehrere, kleinere Druckrollen 18 aufgebracht, welche parallel zueinander und axial hintereinander angeordnet eind. Dabei werden die Lagerungen der einzelnen parallelen Druckrollen 18 vorzugsweise versetzt angeordnet« um eine gleichmäßige Beaufschlagung zu erzielen. Die Lager der Druckwalzen 18 sind an einem Stützbalken 19 abgestützt, welcher seinerseits von Hydraulikzylindern 16 am Maschinengestell 17 abgestützt wird.

Fig. k zeigt eine Vorrichtung mit magnetischer Aufbringung der Druckkraft. Auf der freien Seite der Walze 1 wird ein Permament-Magnet 21 oder Elektro-Magnet angeordnet, welcher sich aber ein tragendes Bauteil 20 und über mehrere Hydraulikzylinder 16 gegen das Maschinengestell abstützt. Führungen 22 sorgo- für eine parallele Bewegung des Magnetbalkens 20. Der Magnet 21 wirkt dabei als Magnetkissen und übt die die ferritische Walze abstoßenden Kräfte aus. Die von den Hydraulikzylindern 16 erzeugte Kraft wird durch das Magnetkissen in eine fiächenhaft wirkende Gegenkraft umgewandelt.

Fig. 5 zeigt eine Vorrichtung mit pneumatischer Aufbringung der Gegenkraft auf die Walze. Auf der oberen Walze 1 eines Walzgerüstes oder Kalanders wird entgegengesetzt zur Massekraft 1O eine zur Walze hin offene langgestreckte Druckhaube 23 angeordnet, die an allen abschließen« den Seiten mit Dichtelementen 2h an der Walze schleifend oder in sehr dichtem Abstand abgedichtet wird. Eine Leitung 26 ist an der Druckhaube 23 zur Zuführung des Druckgases angeordnet. Mehrere Hydraulikzylinder 16 stützen die Druckhaube 23 gegen das Gestell 17 ab. Die Wirkungsweise ist

7408166 01.04.76

- 10 -

wie folgt:

Durch die Leitung 25 wird Druckgas eingebracht, welches eine Flächenkraft 26 auf die Walze 1 ausübt. Jen Austritt dei ß««ea verhindern die Sichtelenente Zh. Diese sind feste Körper mit guten Gleiteigenschaften z.B. Bronze oder Fluorkunstatoffe, oder Bürsten o. ä. Zur Verbesserung der Abdichtung können auch Mehrkammerndichtungtm durch Hintereinanderschalten von Dichtungen und Dichträumen gewählt werden. Durch den Druckabfall von Kammer zu Kammer wird bei Spaltdichtungen die Menge an austretendem Verlustgas verringert.

Bei der Ausführung nach Fig. 6 wird an einer unteren Kalander- oder Arbeitswalze 2 eine Schmelzschale 28 angeträcht, welche sich über Hydraulikzylinder 16 am Gestell 17 abstützt. Zwischen der Schraelzschale 28 und der Walze 2 baut sieh durch das eingezogene plastische Material ein Druck auf, der dem Druck zwischen den Walzen und 2 entgegenwirkt. Um eine Durchbiegung der Schmelzschale 28 ihrerseits zu vermeiden, wird diese durch eine Reihe von hydraulisch/pneumat. oder ä. druckerzeugenden Elementen abgestützt.

In den Fig. 7 a - 7g sind verschiedene Walzgerüste bzw. Kalander mit unterschiedlicher Walzenanzahl und Walzenanordnungen dargestellt. Flg. 7a zeigt einen 2-Valzenkalander mit zwei entgegengesetzt wirkenden Gegenkraftvorrichtungen. Fig. 7b zeigt einen 3-Walzenkalander mit einer Gegendruckvorrichtung mit einer Schmelzschale und einer anderen Vorrichtung gemäß der Erfindung. Lage- und Formvarianten des 3-Walzen-Kalanders sind aus den Fig. 7c und d ersichtlich. Fig. 7e und f zeigen die sehr häufig verwendeten ^-Walzen—Kalander mit F bzw. L-Anordnung der Walzen und erfindungsgemäßen Gegenkraftvorrichtungen· Fig. 7g schließlich zeigt einen 5-Walzen-L-Kalander mit

7408166 01.04.76

- 1 1 -

einer Gegenkraftvorrichtung mit der Schmelzschale und zwei mechanisch-pneumatischen oder elektromagnetischen. Vorrichtungen gemäß der Erfindung.

7403166 01.04.76

Claims (11)

493-22.288H -SdF G Ik 08l 66.6 4.12.1975 S chut zansprüehe

1. Vorrichtung zur Verhinderung der Durchbiegung von rotierenden Walzen in Walzwerken und Kalandern der Kunststoff- und Gummiverarbeitung sowie der Verfahrenstechnik und Metallverformung, die durch die Trennkraft des Materials im Walzspalt entsteht, dadurch geke nnzeichnet, daß zur Erzeugung einer der Trennkraft im Walzspalt entgegengerichteten linien- oder flächenförmigen Druckkraft (11) mehrere kurze Druckrollen (12) in Abständen nebeneinander angeordnet sind, die sich an der Arbeitswalze (1) abstützen und daß in den Abständen zwischen den Druckrollen (12) mehrere Lagerungen (14) vorgesehen sind, die sich über krafterzeugende verstellbare Elemente am Gestell (17) abstützen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckrollen einen Außenmantel aus elastischem Material besitzen.

3. Vorrichtung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß zur Druckregelung in den Hydraulikzylindern (16) und zur Einstellung der Gegenkraft Kraftmeßdosen in den Lagern (14) der Rolle (12) eingebaut sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Arbeitswalze (1) und den Gegendruckrollen (12) ein elastisches Band (13) vorgesehen ist.

74C8166 oi.ot.76

5· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis K, dadurch gekennzeichnet,daß mehrere Reihen kurzer Rollen in Umfangsrichtung der Arbeitswalze nebeneinander und axial hintereinander angeordnet und ihre Lagerungen einstellbar am Maschinengestell (17) abgestützt sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,daß die Lagerungen der Rollen (18) an sineis einstückigen Stützbalken (19) befestigt sind, der sich über hydraulische Stellzylinder (16) am Gestell abstützt.

7· Vorrichtung zur Verhinderung der Durchbiegung von rotierenden Walzen in Walzwerken und Kalandern der Kunststoff- und Gummiverarbeitung sowie der Verfahrenstechnik und Metallverformung, die durch die Trennkraft des Materials im Walzspalt entsteht, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung einer flächenförmigen Gegenkraft (1) eine sich über die Breite der Arbeitswalze (1) erstreckende Druckhauoe (23) mit Rand-Abdichtungen (24) vergesehen ist, die Druckmittelanschlüsse aufweist.

8». Vorrichtung naoh Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, da.2 die Abdichtung gegen Gasaustritt an den Rändern durch schleifende Dichtungen, am Walzenumfang über ein Labyrinth oder mehreren in dichter Anlage an der Arbeitswalze (1) angeordneten Dichtlippen erfolgt.

9. Vorrichtung zur Verhinderung der Durchbiegung von rotierenden Walzen in Walzwerken und Kalandern der Kunststoff- und Gummiverarbeitung sowie der Verfahrenstechnik und Metallverformung, die durch die Trennkraft des Materials

7408186 01.04.76

Λί.

VltVWVVttV f

zum Aufbringen der Gegenkraft (10) ein als Schale (20) ausgebildetes Magnetkissen vorgesehen ist, das dem Durchmesser dor Arbeitswalze (1) angepaßt ist.

10. Vorrichtung zur Verhinderung der Durchbiegung von rotierenden Walzen in Walzwerken und Kalandern der Kunststoff- und Gummiverarbeitung sowie der Verfahrenstechnik und der Metallverformung, die durch die Trennkraft des Materials im Walzspalt entsteht, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schmelzschale (28) unter Ausbildung eines mit behandelten Material gefüllten Spaltes zur Arbeitswalze (2) vorgesehen ist. die sich über mehrere hydraulische Zylinder (io) am Gestell (Iy) abstützt.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch

gekennzeichnet, daß die Druckkörper (12, 20, 23, 28) durch vertikale Streben (22) am Gestell (17) geführt sind.

7408166 01.04.76