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Vorrichtung zum fortlaufenden Herstellen orientierter Bänder aus lösungsmittelfreien,
thermoplastischen polymeren Kunststoffen Die Erfindung betrifft die fortlaufende
Herstellung von Bändern aus molekular orientierten organischen polymeren Kunststoffen
und bezieht sich im besonderen auf die herstellung derartiger Bänder durch Erhitzen
und Auspressen des Polymers in Form eines Bandes und anschließendes Längs und Querziehen
des Bandes zwecks Bildung molekular orientierter Länder gewünschter Breite und Stärke.
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Es ist bekannt, daß die Festigkeit bestimmter organischer Polymere
wesentlich lurch Ziehen erhöht werden kann, wobei die Moleküle des Polymers in der
Richtung oder den Richtungen, in denen der Zug ausgeübt wird, orientiert werden
und die Orientierungsspannungen festgelgt werden.
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Beispiele derartiger Polymere. sind Vinylverbindungen und -derivate,
wie z. B. Polystyrol, V.inylchloride und Mischpolymerisate, die solche Verbindungen
oder Derivate enthalten.
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Kontrollmaßnahmen für ein Verfahren zum Auspressen orientierter Bänder
umfassen die Temperatur, bei der das Polymer ausgepreßt wird, die Temperatur, bei
der das Polymer gestreckt wird und die anschließende Einstellung einer Temperatur
in dem Polymer, die die durch die Streckung eingeführten Orientierungsspannungen
festlegt.
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Es ist bereits ein Verfahren und eine Vorrichtung zur herstellung
orientierter Bänder dieser
Art in Vorschlag gebracht worden. Die
dort beschriehene Vorrichtung umfaßt eine Strangpresse nebst NtunFdstück zur stetigen
Herstellung eines landes aus einem polymeren Kunststoff, eine Heizeinrichtung, durch
die das ausgepreßte Band auf eine optimale Temperatur zum Ausziehen gebracht wird,
Einrichtungen zum Strecken des Bandes bei dieser Temperatur, Einrichtungen zum Herabsetzen
der Temperatur des gestreckten Bandes, um die Streck- oder Orientierungsspannung
in dem Band festzulegen und aufrechtzuerhalten, nachdem das Band von den Streckeinnchtungen
freigegeben ist, sowie Einrichtungen in Form von Spannrollen, die zwischen den Streckeinrichtungen
und der Düse angeordnet sind und dazu dienen, die Streckspannungen in dem Bandteil
zwischen den Spannrollen und der AuspreB, düse herabzusetzen oder auszuschalten.
Da für die meisten Polymere die optimale Auspreßtemperatur höher liegt als die optimale
Temperatur, bei der zur Erzeugung der molekularen Orientierung Streckspannungen
ausgeübt werden, ermöglicht die Einschaltung von Spannrollen, die die Streckspannungen
auf den aus ihnen austretenden Bandteil beschränken und Streckspannungen in dem
davorliegenden Bandteil zwischen der Düse und den Spannrollen herabsetzen oder ausschalten,
die Verwendung unterschiedlicher optimaler Auspreß- und Strecktemperaturen, ohne
daß ein Festlegen auf eine einzige Auspreß-und Strecktemperatur erforderlich ist.
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Die Spannrollen werden vorzugsweise mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit
derart angetrieben, daß die Stärke des Bandes zwischen der Düse und den ersten Spannrollen
nicht wesentlich verringert wird. Auf diese Weise tritt zwischen dem Ende der Düse
und den Spannrollen keine wesentliche Streckung des Bandes ein. Der Antrieb des
Bandes durch die Spannrollen kann erleichtert werden, indem die Temperatur der Spannrollen
derart geregelt wird, daß das Band etwas an den Rollen anhaftet. Vorzugsweise wird
die Temperatureinwirkung der Rollen auf das Band so geregelt, daß an der Oberfläche
eine Abschreckung des Bandes erfolgt, wobei in dem Band mehr oder minder viel Wärme
verbleibt, die seine Wiederaufheizung auf eine vorbestimmte niedrigere Temperatur
für den Ziehvorgang unterstützt.
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IJie Erreichung der angestrebten Wirkungen auf das Band ist weitgehend
von der gesamten Auflagefläche des Bandes auf den Spannrollen abhängig.
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Es wurde nun gefunden, daß es für die Praxis sehr wünschenswert ist,
das Ausmaß dieser Auflagefläche veränderlich zu gestalten. l)ementsprechend besteht
ein wesentliches Merkmal der Erfindung darin, eine übliche dauspreß-und -orientierungsvorrichtung
mit einer Spannrollenvorrichtung zu versehen, die es ermöglicht, das Ausmaß der
Bandauflage von einem kleinsten bis zu einem größten Wert einstellbar zu machen,
ohne daß es notwendig ist, den Durchgang des Bandes durch die Spannrollen und durch
die Banderzeugungsanlage, von der die Spannrollen nur einen Teil bilden, zu unterbrechen.
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Die Erfindung bezweckt weiterhin, die Vorrichtung so zu gestalten,
daß die Zahl der Spannrollen, die sich mit dem Band in Berührung befinden, sowie
auch das gesamte Ausmaß der Bandauflage ohne Unterbrechung des Banddurchganges verändert
werden kann.
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Es wurde weiterhin gefunden, daß es wünschenswert ist, verschiedene
Spannrollen auf Temperaturen zu halten, die sich von denen der übrigen Spannrollen
unterscheiden und die Berührung des Bandes mit Rollen unterschiedlicher Temperaturen
unabhängig voneinander zu verändern.
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Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, die Vorrichtung so
zu gestalten, daß das Ausmaß der Bandauflage auf einigen Spannrollen unabhängig
von der Bandauflage auf anderen Spannrollen verändert werden kann.
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Diese und andere Zwecke und Vorteile der Erfindung werden in der
folgenden Beschreibung auf Grund der Zeichnungen erläutert. Es zeigt Fig. I eine
übliche Düse, eine Greifervorrichtung bekannter Bauart in Seitenansicht und die
Spannrollenanordnung gemäß der Erfindung im Schnitt nach der Linie I-I der Fig.
2, Fig. 2 die Spanurollenanordnung lin ausführlicherer Darstellung, und zwar im
rechten Teil in Ansicht (ein Teil des Gehäuses ist teilweise fortgebrochen) und
im linken Teil im Querschnitt nach der Linie 2-2 der Fig. I, Fig. 3 einen Querschnitt
nach der Linie 3-3 der Fig. 2 zur Veranschaulichung des A1ltriehes von vier Spannrollen,
Fig. 4 einen Querschnitt nach der Linie 4-4 der Fig. 2 zur Veranschaulichung des
Antriebes von zwei einstellbaren Rollen.
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Wie aus Fig. I ersichtlich, bestehen die wesentlichen Teile der Vorrichtung
aus einer üblichen Auspreßdüse D, durch die ein erhitzter organischer polymerer
Kunststoft, wie z. B. Polystyrol, mit Hilfe einer nicht dargestellten Strangpresse
in Form eines flachen Bandes R ausgepreßt wird, einer Spannrollenanordnung C. die
aus einer Gruppe von sechs Spannrollen bestebt, von denen zwei so verstellbar sind,
daß das ausmaß der Bandauflage R über einen weiten Bereich geregelt werden kann,
und aus einer an sich bekannten Greif- und Zugeinrichtung G, die das Band molekulr
orientiert abzieht. Die Düse D ist nur schematisch gezeigt. Selbstverständlich sind
unterschiedliche Düsen zum Auspressen des plastischen Bandes R verwendbar. In ähnlicher
Weise sind auch die Greifer G der Streckvorrichtung nur beispielsweise gezeigt.
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Die Spannrollenanordnung C enthält sechs angetriebene Rollen, die
in paralleler Lage zueinander in Lagern abgestützt sind. Die Rollenanordnung umfaßt
ein Hauptgehäuse oder Fundamentglied 1, das mit einem Paar parallel zueinander angeordneter
lotrechter Seitenteile 2 und 3 ausgerüstet ist, von denen das letztere die notwendigen
Lager4b, 5b, 7b, und gb für die Spannrollen 4, 5, 7 und 9 enthält. Enstprechende,
nicht dargestellte Lager sind in dem Seitenteil 2 in axialer tThereinstim-
mung
mit den Lagern im Seitenteil 3 angeordnet.
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Die Rolle 4 liegt gegenüber der Düse D und befindet sich mit der Unterseite
des Bandes R in Berührung, wenn dieses waagerecht aus der Düse ausgepreßt wird.
Die Rollen 5, 7, 9 liegen unterhall) der Rolle 4 wobei, wie aus Fig. I ersichtlich,
die l)rehachse der Rolle g höher liegt und entfernter angeordnet ist als die der
Rolle 7 und die Achse der Rolle 7 wiederum höher liegt und entfernter angeordnet
ist als die der Rolle 5. Die Anordnung der Rollen 5, 7 und 9 ist derart, daß die
Greifer G das Band R in waagerechter Richtung von der Rolle 5 abziehen köniien,
ohne daß eine Bandberührung mit den Rollen 7 und 9 eintritt.
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I)ie Seitenteile 2 und 3 sind ferner mit zwei Paaren gegenüberliegender
senkrechter Lagerführungen 10a, 1 ob und 1 1a, 1 In versehen, in denen Lagerblöcke
10 und ii lotrecht verschiebbar angeordnet sind. Nu ist den Enden der Blöcke 10
und 11 sind die Lager 6a 6a, 6b und 8a, 8b der lotrecht einstelllbaren Spannrollen
6 und 8 verbunden. Die Rolle 6 ist zwischen den Rollen 5 und 7 lotrecht einstellbar
und die Rolle 8 in ähnlicher Weise zwischen den Rollen 7 und 9. Aus Fig. I ist ohne
weiteres ersichtlich, daß die Rolle 6 aus einer Stellung unterhalb der Rollen 5
und 7, in der sie mit dem Band R nicht in Berührung ist, in eine Stellung oberhalb
der Rollen 5 und 7 gebracht werden kann, in der eine Bandberührung und auflage eintritt,
durch die das Band gespannt wird. In ähnlicher Weise kann die Rolle 8 aus einer
Stellung unterhalb der Rollen 7 und 9, in der sie außer Berührung mit dem Band ist,
in eine Stellung oberhalb der Rollen 7 und g gebracht werden, so daß auch hier eine
Bandberührung und auflage eintritt, die dasBand noch weiter spannt.
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Wie am besten aus Fig. I und 2 ersichtlich, wird die lotrechteEinstellung
derLagerblöcke 10 und ii und der Rollen 6 und 8, die in diesen drehbar abgestützt
sind, durch lotrecht angeordnete Verstellschrauben 12 bewirkt, die die Lagerblöcke
10 und 1 1 mit ihren oberen Enden abstützen. Jeder Block 10 und ii ist mit zwei
solchen Verstellschrauben 12 versehen, deren obere Enden von Kappen 13 übergriffen
werden, die ihrerseits durch Bolzen 14 mit ideen Unterseiten der Lagerblöcke 10
und 11 verbunden sind. Durch lose Stiftverbindungen 15 werden die Verstellschrauben
gleichzeitig gegen Verdrehung gesichert. Jede Schraube 12 wird durch eine zugehörige,
mit Innengewinde versehene Schneckenradl>uchse I6 abgestützt, die ihrerseits
drehbar auf ihrer eigenen Drucklagerkonsole I7 angeordnet ist, welche durch Bolzen
I8 mit dem Gehäuse 1 verbunden ist. Mit dem unteren Ende jeder Buchse I6 ist ein
Schneckenrad 19 verbunden.
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Das Schneckenräderpaar I9, 19 mit dem zugehörigen, mit dem Block 10
und der verstellbaren Rolle6 verbundenen Verstellschraubenpaar wird durch das Schneckenpaar
20, 20 gemeinsam betätigt, das auf einer Welle 21 drehbar in Lagern 22 von Konsolen
17 befestigt ist. In gleicher Weise ist ein zweites Schneckenpaar 20, 20 mit einer
zweiten Welle 23 verbunden, wobei diese Schnecken mit den Sohneckenrädern im Eingriff
sind, die die lotrechte Einstellung der Verstellschrauben bewirken, die die Lagerblöcke
1 1 und die Rolle 8 verstellen.
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Die beiden Wellen 21 und 23 können durch die Handräder 21 <1 und
23a von Hand gedreht werden, wobei die zusammenarbeitenden Schneckenräder 19, 19
und Schnecken 20, 20 die beiden Enden der abgestützten Lagerblöcke 10 bzw. II und
dieRolle6 bzw. 8 gleichzeitig um den gleichen Betrag heben oder senken.
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Die Spannrollen 4 bis g sind in ihrer Ausbildung und Anordnung der
Einzelteile im wesentlichen gleich. Jede Rolle besteht aus einer hohlen Welle 24,
die an einem Ende durch einen Stopfen 25 verschlossen ist. Die Außenfläche jeder
Welle 24 wird vorzugsweise geschliffen und poliert, um ein Verkratzen oder Verschrammen
der Oberfläche des plastischen Bandes, das über die Rollenoberfläche gezogen wird,
weitgehend zu verhindern. Die Temperatur jeder Welle wird Idurch den Zufluß eines
Kühlmittels in das innere über ein inneres Zulaiufrohr 26 von einer Zufuhrverbindung
27 geregelt.
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Das Kühlmittel durchfließt den Ringraum, der zwischen der konzentrischen
Welle 24 und dem Rohr 26 angeordnet ist, und fließt über die Auslaßkupplung 28 ab.
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Die Kupplungen 28 für die Rollen 4, 5, 7 und 9 erfassen die Rollenenden
außerhalb des lotrechten Rahmenseitenteiles 2, während die Kupplungen für die Rollen
6 und 8 in ähnlicher Weise mit diesen Rollenenden außerhalb des Rahmenteiles 3 verbunden
sind.
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Zur Schaffung eines Antriebes für jede der Rollen sind Kettenräder
4d, 5d, 6d, 7d, 8d und gd auf jeder Rolle neben den Kupplungen 28 angeordnet. Wie
aus Fig. 3 ersichtlich, sind die losen Kettenräder 30, 3I drehbar auf am Rahmenseitenteil
2 befestigten Bolzen angeordnet. Das treibende Kettenrad 32 bst auf der Antriebswelle
33 befestigt, die in Lagern 34a und 34b läuft, die ihrerseits mit dem Fundamentglied
I verbunden sind. Die Drehung der Antriebswelle wird über ein Kettenrad 35 und ein
eine verändenliche Geschwindigkeit besitzendes, nicht dargestelltes Kettengetriebe
oder eine andere übliche Kraftquelle angetrieben, die eine Synchronisation der Bandauspreßgeschwindigkeit
und der Umfangsgeschwindigkeit der Bandrollen ermöglicht.
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Auf der Welle 33 ist ferner ein antreibendes Kettenrad 36 befestigt,
das zusammen mit den Kettenrädern 6d und 8d einer Kette 37 und einem losen Kettenrad
38 den Antrieb für die Rollen 6 und 8 bewirkt. Wie aus Fig. 4 ersichtlich, umfaßt
der Antrieb auch ein Kettenrad 39, das am äußeren Ende eines gewichtsbelasteten
Hebelarmes 40 drehbar gelagert ist, der frei am die Welle 33 schwingt, so daß eine
lotrechte Einstellung der Rollen 6 und 8 zwischen ihren in Fig. 4 voll ausgezogenen
und gestrichelt dargestellten Lagen ohne Unterbrechung des Antriebes für die Rollen
möglich ist.
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Während des Betriebes der dargestellten und beschriebenen Vorrichtung
wird der orgnanische polymere Kunststoff, wie z. B. Polystyrol, aus dem die
zweiachsig
orientierten Bänder gebildet werden, auf eine optimale Auspreßtemperatur (187,80C)
erhitzt und im lösungsmittelfreien Zustand durch die Düse D in Form eines Bandes
R fortlaufend ausgepreßt, wobei das Band fortlaufend durch die Rollen 4 bis 9 den
Greifern G zugeführt wird, die das Band von den Rollen sowohl in Längsrichtung als
auch in Querrichtung abziehen. Die vor1>estimmte Bandtemperatur wird in einem
oder mehreren, das Band umgebenden Heizvorrichtungen geregelt.
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Voriugsweise wird die Antriebswelle 33 mit solcher Geschwindigkeit
gedreht, daß die Umfangsgeschwindigkeit der Rolle 4 mit der Bandauspreßgeschwindigkeit
etwa synchron ist. Das Band R läuft zunächst durch die Rollen in der aus Fig. 1
dargestellten Lage, wobei die Greifer G das Band mit größerer als der Auspreßgeschwindigkeit
bewegen und demzufolge eine Längung des Bandes zwischen den Greifern und der Düse
eintritt. Wenn das Band in der in ausgezogenen Linien nach Fig. I dargestellten
Lage nur die Rollen 4 und 5 berührt. ist die gesamte winkelförmige Umfassung des
Bandes auf den Rollen gering, und es kann ein Schlupf des Bandes auf den Rollen
eintreten, so daß Zugspannungen auf den Bandteil zwischen der Düse D und der Rolle
4 ausgeübt werden. Da das Band vorzugsweise bei einer Temperatur von I87,80 C oder
höher ausgepreßt wird, wird in dem Band vor der Berührung mit der Rolle 4 durch
den Streckzug, wenn überhaupt, nur eine geringe bleibende Orientierung erzielt,
da die verhältnismäßig hohe Temperatur die erzielte Orientierung wieder verliert,
bevor die Bandtemperatur ausreichend herabgesetzt ist, bei der das Polymer seine
elastische Eigenschaft beibehält. Um den Bandteil in der Nachbarschaft der Düse
von den durch die Greifer G bewirkten Streckkräften zu entlasten, werden die Rollen
6 und 8 mittels der Handräder 21 Ü und 23a angehoben, wobei die Rollen 6 und 8 sich
aus den Stellungen in den voll ausgezogenen Linien (Fig. 1) zunächst bis zur Berührung
mit dem Band R und anschließend in Stellungen bewegen, die in Fig. I gestrichelt
dargestellt sind. In diesen Stellungen verspannen sie das Band R in die gestrichelt
dargestellte Lage. Es ist ersichtlich, daß das Ausmaß der Auflage des Bandes R auf
jeder der Rollen 5, 6, 7, 8 und 9 und infolgedessen der Streckzug in dem Bandteil
zwischen benachbarten Rollenpaaren durch Einstellung der lotrechtenLage der Rollen
6 und 8 geregelt werden kann. Es ist ferner ersichtlich, daß die Einstellung ohne
Unterbrechung des fortlaufenden Auspressens und des Abziehens vorgenommen werden
kann.
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Um die notwendige Berührung zwischen den Rollen 4 bis 9 und dem Band
R aufrechtzuerhalten, so daß jede Rolle einen Reibungszug auf das Band ausübt, kann
es notwendig werden, wenigstens einen geringen Streckzug auf den Bandteil zwischen
der Düse D und der Rolle 4 vorzunehmen. Infolgedessen kann eine kleine Bandstreckung
zwischen jedem Paar benachbarter Rollen eintreten. Es wurde gefunden, daß, wenn
eine Neigung zum Zittern oder zur ungleichmäßigen Streckung eintritt, was eher durch
einen periodischen als einen gleichmäßigen Schlupf auf den Rolleii bemerkbar wird.
insbesondere auf den liollen 8 und 1). so kann dieser Zustand im wesentlichen durch
cien Erhöhung der (eschwindigkei t dieser Rollen au aufgehoben werdeii.
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Wenn z. B. die Kettenräder 4d, 5d und 6d je dreiflig Zähne besitzen,
kann das Kettenrad 7d neunundzwanzig Zähiie. das Retteiiratl 8d achtundzwanzig Zähne
und das Kettenrad 9d 9d siebenundzwanzig Zähne erhalten. Nuf diese Weise wird eine
Gleichmäßigkeit des geringen 1 Bandschlupfes R auf den Rollen und infolgedessen
ein gleichmäßiger Zug und dementsprechend eine gleichmäßige Al)-nahme der Breite
des 1 Bandes beim Durchgang über die Rollen sichergestellt.
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Wird Polystyrol als Kunststoff benutzt, wird die Rolle 4 vorzugsweise
auf 15,5 C durch Durchfließen von Wasser dieser Temperatur gekühlt, und die verbleibenden
Rollen 5, 6, 7, 8 und 9 werden auf eine Temperatur von 65, bis 87,8a C durch Durchfluß
von Wasser von dieser Temperatur erhitzt.
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P A T E N T A N S P R Ü C if (: I. Vorrichtung zuni fortlaufenden
Herstellen orientierter Bänder aus liisungsmittelfrcien, thermoplastisehen polymeren
Kunststoffen, bestehend aus einer Düse zum Auspressen des Polymers bei einer bestimmten
Auspreßtemperatur in Form eines Bandes, einer Streckvorrichtung zum Ausziehen des
Bandes von der Düse mit größerer als Auspreßgeschwindigkeit, aus zwischen der Düse
und der Streckvorrichtung angeordneten Spannrollen zur oberflächlichen Kühlung der
aufeinanderfolgenden ausgepreßten Bandteile und zur aufrechterhaltung im wesentlichen
gleicher Abmessungen der zwischen der Düse und den Spannrollen befindlichen Bandteile,
gekennzeichnet durch lotrecht einstellbare Lager (6a, 6b, Sa, 0<1 Sb, 10 1 II,
I2) für mindestens eine der Spannrollen zur Veränderung der gegenseitigen Lage der
Rollen und des Ausmaßes der \uflage des Bandes auf einer dieser Rollen unabhängig
von den übrigen Rollen während des ununterbrochenen Durchzuges des Bandes über die
Rollen.