WO2021245214A1 - Verfahren zum herstellen eines flächigen substrats - Google Patents

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WO2021245214A1
WO2021245214A1 PCT/EP2021/064969 EP2021064969W WO2021245214A1 WO 2021245214 A1 WO2021245214 A1 WO 2021245214A1 EP 2021064969 W EP2021064969 W EP 2021064969W WO 2021245214 A1 WO2021245214 A1 WO 2021245214A1
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WO
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roller
substrate
width
thickness
crowning
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PCT/EP2021/064969
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English (en)
French (fr)
Inventor
Hubertus Barthel
André KORSMEIER
Original Assignee
Breyer Gmbh Maschinenfabrik
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    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21G—CALENDERS; ACCESSORIES FOR PAPER-MAKING MACHINES
    • D21G1/00—Calenders; Smoothing apparatus
    • D21G1/002—Opening or closing mechanisms; Regulating the pressure
    • D21G1/0026—Arrangements for maintaining uniform nip conditions
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21G—CALENDERS; ACCESSORIES FOR PAPER-MAKING MACHINES
    • D21G1/00—Calenders; Smoothing apparatus
    • D21G1/02—Rolls; Their bearings
    • D21G1/0253—Heating or cooling the rolls; Regulating the temperature
    • D21G1/028—Heating or cooling the rolls; Regulating the temperature using electrical means
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21G—CALENDERS; ACCESSORIES FOR PAPER-MAKING MACHINES
    • D21G1/00—Calenders; Smoothing apparatus
    • D21G1/02—Rolls; Their bearings
    • D21G1/0253—Heating or cooling the rolls; Regulating the temperature
    • D21G1/0286—Regulating the axial or circumferential temperature profile of the roll

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a flat substrate, in particular a film from one or more layers, by means of at least one roller, via which a thickness of the flat substrate is determined, and a device for this.
  • a calender is a system of several heated and polished rolls arranged on top of one another, through the nips of which a melt or other materials are passed. They are mainly used to manufacture foils made of plastic, rubber, metal and paper. Of course, there is not only a change in shape, but also a compression or structural shift. In this respect, the quality of the calendering of a flat substrate essentially depends on the design of the nip and its nip forces, and this in turn also on a bending line or crowning of the rolls, which increasingly during production as a result of the temperature change of the substrate, roll and Environment can also change. However, it is desirable to largely maintain the same thickness of the substrate over the length and width of the web.
  • DE 691 15 339 T2 describes, for example, for a size press for the production of paper that at least one of the rollers forms a roller with a variable crown or a roller that can be set in zones by means of heat from the inside of the roller, so that by regulating the deflection of the roll with variable crown or by regulating the temperature of the thermally adjustable roll in zones, the linear contact area between a coating bar and the roll is set in a straight line.
  • DE 68906 175 T2 describes something similar, also for paper production.
  • DE 10 2004 035 630 A1 describes a calender roll with a roll shell which has several heating channels that are distributed in the circumferential direction and a heating medium connection arrangement for supplying and removing a heating medium, each heating medium duct being part of a flow path that connects with the heating medium connection arrangement in Connection.
  • US Pat. No. 3,182,587 already generally describes a calender for producing a deformable material.
  • the font understands in particular rubber, paper or metal.
  • the prerequisite is that a uniform thickness is maintained across the width of the material in very narrow areas, especially if the end product is in a very thin area.
  • An area of a few 1,000ths or 10,000ths of an inch is considered to be a very thin area.
  • An arrangement of heating devices is described, which are arranged in the roller or axially separated from one another.
  • DE 27 13 917 A1 shows a device for producing a plastic film. It is the thickness of the film at one point or at several points distributed on a line transversely to the direction of movement and / or the deflection or load on one or more rollers determined and the setting position of an adjustable roller or several adjustable rollers relative to the common plane through the roller axes depending on the result of this determination in the Way changed so that the axis or axes of this roller or these rollers remains parallel to the adjacent roller axes.
  • the object of the present invention is to provide a method and a device with which a very precise and constant production of a flat substrate takes place over a given length as well as a given width.
  • the roller is provided with a low-reflection surface to which heat is applied from the outside by a temperature control device arranged across the width of the roller;
  • a crowning of the roller is determined by means of sensors distributed over the width of the roller and
  • the temperature control device for the purpose of changing the crowning of the roller is subjected to controlled heat from the outside until the crowning produces the desired thickness of the substrate.
  • the substrate which is produced by the method according to the invention should be of any desired type within the scope of the invention. In the moment will be thereby produced foils for electrodes of batteries. This makes it clear that it is not just a single-layer, but above all a multi-layer substrate as well.
  • the present invention is also not intended to be restricted with regard to the temperature control device.
  • heating elements are necessary which apply heat to the roller so that the roller expands in certain areas. Since the roller usually consists of a metal or metal alloys, it is known that these expand when heated. On the other hand, it is of course possible that a roller becomes relatively warm in the course of operation and thus expands too much, which can be reset by cooling in certain areas.
  • Infrared radiant heaters are primarily intended as warming temperature control, cooling elements could be nozzles through which the roller surface is exposed to cold air. However, these are only examples; the invention is not restricted to them.
  • the high heat input which is introduced into the roll shell in particular and leads to a change in the crown as quickly as possible, is also dissipated again as quickly as possible through the roll core.
  • this takes place actively, which means in particular that cooling medium is supplied to the roll shell from the inside, which takes over the heat of the roll shell and dissipates it through the core. A desired equilibrium of temperature control can thus be achieved.
  • bores can axially pass through the roller core, from which radial bores lead to the roller shell.
  • the surface of the roll jacket has a low reflection is designed. That is, it has a low degree of reflection.
  • the degree of reflection is understood to mean the ratio between the incident radiation coming from the heating element and the reflected radiation. This ratio is preferably 1: 0 to 0.3, although from a technical point of view the value 0 can of course hardly be achieved.
  • the surface of the roller could be black chrome-plated.
  • Sensors used at the moment are in particular capacitive sensors that serve as distance sensors and are based on a change in the capacitance of a capacitor. Above all, however, optoelectronic sensors or inductive distance sensors are also conceivable. In the context of the present invention, however, these are only examples.
  • the flat substrate is drawn with tension over part of a roller circumference, so that the length of the flat substrate is increased, but the thickness is reduced.
  • this should only be applicable for special substrates, which is why the present description of the method relates primarily to the interaction of two or more rollers that form a calender.
  • nip forces act in the nip in order to produce films, for example.
  • These can be determined via a hydraulic system with which the bearings on both sides of the rolls are equipped.
  • These support forces then determine the nip forces in the nip with which one roll presses on the flat substrate passing through the nip.
  • These forces essentially determine the thickness of the flat substrate while the crowning of the rollers determines a change in the thickness of the flat substrate across the width.
  • nip forces and the bending line (crowning) of the roll for a specific thickness of a specific substrate in the case of cold rolls are generally known to those skilled in the art.
  • heat is transferred to the rollers during calendering, which leads to an expansion of the roller and thus to a change in the crown of the roller.
  • the thickness of the flat substrate is changed, and this also irregularly over the width of the substrate.
  • this change in the crown of the roller is determined by means of sensors distributed over the width of the roller.
  • characteristic curves are created from the current results and changes with regard to certain flat substrates, which control and support the work of the sensors and the temperature control device. This is always done with the aim of achieving a predetermined thickness of the flat substrate that is uniform over the width.
  • a corresponding device according to the invention for which protection is also sought separately, is primarily characterized in that heating and / or cooling elements are assigned to the roller distributed over the width of the roller, with which the roller can be tempered from the outside.
  • a big advantage of temperature control from the outside is that only the outside The area of the roller must be exposed to heat or cold, the crowning being significantly influenced by this outer area. This temperature control can also take place very specifically and quickly, which is why the temperature control device consists of a plurality of heating and / or cooling elements.
  • roller itself can be temperature-controlled inside, regardless of the outside temperature.
  • the temperature of the roller can thus be adjusted independently to the corresponding process requirements.
  • heating and / or cooling elements which are intended to be encompassed by the invention.
  • a bar-like arrangement in a row across the width of the roller is intended.
  • Heating elements and cooling elements can alternate, so that areas of the roller that are usually heated can also be covered by means of the cooling elements.
  • this decouples two adjacent heating elements from one another, so that their heat input into the roller surface does not add up.
  • three adjacent heating elements can also be separated by a cooling element.
  • the sensors for determining the crowning of the roller are of course preferably arranged between the individual temperature control elements at a suitable position, but preferably on a line across the width of the roller.
  • a special configuration of the roller could make the crowning even easier. This provides that the roller is not formed from solid material, but rather separates a roller shell from a core, with an insulating layer additionally being able to be inserted between the roller shell and the core. This makes it possible to create or correct a crown more quickly, since the roll shell reacts more quickly to an input of heat. Above all, a reduction in crowning by cooling takes place more quickly.
  • FIG. 1 shows a schematically illustrated side view of a device according to the invention for producing a flat substrate
  • FIG. 2 shows a schematically illustrated top view of the upper part of the device according to FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a perspective view of the part of the device according to FIG. 2;
  • FIG. 4 shows a schematically illustrated side view of a further exemplary embodiment of a device according to the invention for producing a flat substrate
  • FIG. 5 shows a front view of an upper part of the device according to FIG.
  • FIG. 1 An upper roller 1 of a device P according to the invention for producing a flat substrate is shown in FIG. 1, which together with a lower roller 2 forms a roller gap 3 through which a flat substrate 4 runs.
  • This flat substrate 4 can, for example, be a film.
  • Roller axles A run centrally through rollers 1 and 2, with rollers 1 and 2 rotating around these roller axles A. Rollers 1 and 2 are mounted on shaft stubs 5.
  • a dashed line in FIG. 1 indicates that an inner core 6 of the roller 1 is assigned a roller shell 7 here.
  • the dashed line 8 is intended to represent an insulating layer.
  • a temperature control device 9 is provided above the roll 1, which is designed to be curved in accordance with the roll shell 7.
  • this temperature control device consists of a large number of heating and / or cooling elements 10.2 and 10.1, which are arranged here in a row next to one another over the width of the roller 1. They can also be clearly seen in FIG. 3.
  • sensors 11 are arranged above the roller 1, which determine the surface configuration and in particular the crown or also the bending line of the roller 1 along a width of the roller 1 indicated by dashed lines.
  • the mode of operation of the present invention is as follows:
  • the thickness of the substrate In many cases it is necessary that the thickness of the substrate must be adhered to very precisely when setting up a flat substrate. However, it must be taken into account here that the temperatures in the device and in particular the temperature of the rollers 1 and 2 as well as of the substrate 4 change. Viewed over time, this also leads to a change in the thickness of the flat substrate, the thickness also being able to change differently over the width of the substrate. According to the invention, this is to be compensated for by a corresponding change in the crown of one roller 1 or of both rollers 1 and 2.
  • the temperature control device is addressed via a corresponding control.
  • the individual temperature control elements which consist of heating and / or cooling elements 10, the command is now given to heat or cool the surface of roller 1 or 2 accordingly, so that the crown of the roller changes.
  • This change is continuously determined by the sensors 11 and its value is compared with the achieved changes in the thickness of the flat substrate, which is determined separately in a downstream control device over the width of the substrate.
  • the control is preferably designed as an artificial intelligence, which generates characteristic curves from the determined parameters and changes that are continuously adapted.
  • FIGS. 4 and 5 a somewhat modified device P1 for producing a flat substrate 4 is shown.
  • the changes do not relate to rollers 1 and 2, but to the temperature control device 9.1.
  • This consists of a large number of heating and cooling elements 10.2 and 10.1, which are offset around the axis A of the roller 1 around its circumference
  • Row are arranged across the width of the roller.
  • the sensors 11 for determining the crowning of the roller 1 can then be arranged in corresponding intermediate spaces 12 between the heating and / or cooling elements.
  • the functioning of the two devices P and P1 are the same.

Abstract

Bei einem Verfahren zum Herstellen eines flächigen Substrats (4), insbesondere einer Folie aus ein- oder mehreren Lagen, mittels zumindest einer Walze (1, 2), über welche eine Dicke des flächigen Substrats (4) über seine Breite bestimmt wird, soll - die Walze (1) mit einer reflexionsarmen Oberfläche versehen werden, die von einer über die Breite der Walze (1) angeordneten Temperiereinrichtung (9) von aussen her mit Wärme beaufschlagt wird; - die Wärme in der Walze aktiv abgeführt werden; - eine Bombierung der Walze (1) mittels über die Breite der Walze (1) verteilt angeordnete Sensoren (11) ermittelt und - bei Änderung einer Dicke des Substrats (4) die Temperiereinrichtung (9) zum Zwecke der Änderung der Bombierung der Walze (1) die Walze (1) von aussen her kontrolliert mit Wärme beaufschlagt werden, bis die Bombierung die gewünschte Dicke des Substrats (4) erzeugt.

Description

Verfahren zum Herstellen eines flächigen Substrats
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines flächigen Substrats, insbesondere einer Folie aus ein- oder mehreren Lagen, mittels zumindest einer Walze, über welche eine Dicke des flächigen Substrats bestimmt wird, sowie eine Vorrichtung hierfür.
Stand der Technik
Flächige Substrate werden in vielen Fällen in sogenannten Kalandern hergestellt. Ein Kalander ist ein System aus mehreren aufeinander angeordneten, beheizten und polierten Walzen, durch deren Walzenspalte eine Schmelze oder andere Materialien hindurchgeführt werden. Sie dienen vor allem zur Herstellung von Folien aus Kunststoff, Gummi, Metall und Papier. Dabei findet natürlich nicht nur eine Formänderung statt, sondern auch eine Verdichtung bzw. Strukturverschiebung. Insofern hängt eine Güte des Kalandrierens eines flächigen Substrats im wesentlichen von der Ausgestaltung des Walzenspaltes und dessen Spaltkräfte ab, und diese wiederum auch von einer Biegelinie oder Bombierung der Walzen, die sich zunehmend während der Herstellung infolge der Temperaturänderung von Substrat, Walze und Umgebung ebenfalls ändern kann. Gewünscht ist aber die weitgehende Beibehaltung der gleichen Dicke des Substrats über die Länge und die Breite der Bahn hin.
In der DE 691 15 339 T2 wird beispielsweise für eine Leimpresse zur Herstellung von Papier beschrieben, dass zumindest eine der Walzen eine Walze mit variabler Bombierung oder eine Walze bildet, die in Zonen einstellbar ist und zwar mittels Wärme von der Innenseite der Walze, so dass durch Regulierung der Durchbiegung der Walze mit variabler Bombierung oder durch Regulierung der Temperatur der thermisch einstellbaren Walze in Zonen die lineare Kontaktfläche zwischen einer Beschichtungsstange und der Walze geradlinig eingestellt wird. Ähnliches, ebenfalls für die Papierherstellung, beschreibt die DE 68906 175 T2.
Zur allgemeineren Verwendung beschreibt die DE 10 2004 035 630 A1 eine Kalanderwalze mit einem Walzenmantel, der mehrere Heizkanäle aufweist, die in Umfangsrichtung verteilt sind und einer Heizmittelanschlussanordnung zur Zufuhr und Abfuhr eines Heizmittels, wobei jeder Heizmittelkanal Bestandteil eines Strömungspfades ist, der mit der Heizmittelanschlussanordnung in Verbindung steht.
Die US 3 182 587 beschreibt bereits allgemein einen Kalander zur Herstellung eines deformierbaren Werkstoffes. Hierunter versteht die Schrift insbesondere Gummi, Papier oder Metall. Voraussetzung ist, dass eine einheitliche Dicke über die Breite des Materials in sehr engen Bereichen eingehalten wird, vor allem, wenn das Endprodukt sich in einem sehr dünnen Bereich bewegt. Als sehr dünner Bereich wird ein Bereich von wenigen 1.OOOstel oder 10.000stel Inch betrachtet. Dabei wird eine Anordnung von Heizeinrichtungen beschrieben, die in der Walze oder axial getrennt voneinander angeordnet sind.
Die DE 27 13 917 A1 zeigt eine Vorrichtung zur Herstellung einer Kunststofffolie. Dabei wird die Stärke der Folie an einer Stelle oder an mehreren, auf einer Linie quer zur Bewegungsrichtung verteilten Stellen und/oder die Auslenkung bzw. Belastung an einer oder mehreren Walzen ermittelt und die Einstelllage einer verstellbaren Walze oder mehrerer verstellbarer Walzen relativ zur gemeinsamen Ebene durch die Walzenachsen in Abhängigkeit von dem Ergebnis dieser Ermittlung in der Weise verändert, so dass die Achse oder die Achsen dieser Walze bzw. dieser Walzen parallel zu den benachbarten Walzenachsen bleibt bzw. bleiben.
Aufgabe
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit denen eine sehr genaue und gleichbleibende Herstellung eines flächigen Substrats sowohl über eine vorgegebene Länge als auch eine vorgegebene Breite erfolgt.
Lösung der Aufgabe
Zur Lösung der Aufgabe führt, dass
- die Walze mit einer reflexionsarmen Oberfläche versehen wird, die von einer über die Breite der Walze angeordneten Temperiereinrichtung von aussen her mit Wärme beaufschlagt wird;
- die Wärme in der Walze aktiv abgeführt wird;
- eine Bombierung der Walze mittels über die Breite der Walze verteilt angeordnete Sensoren ermittelt und
- bei Änderung einer Dicke des Substrats die Temperiereinrichtung zum Zwecke der Änderung der Bombierung der Walze die Walze von aussen her kontrolliert mit Wärme beaufschlagt wird, bis die Bombierung die gewünschte Dicke des Substrats erzeugt.
Das Substrat, welches durch das erfindungsgemässe Verfahren hergestellt wird, soll im Rahmen der Erfindung beliebig sein. Im Augenblick werden dadurch Folien für Elektroden von Batterien hergestellt. Dies macht deutlich, dass es sich nicht nur um ein einschichtiges, sondern vor allem auch um ein mehrschichtiges Substrat handeln kann.
Auch was die Temperiereinrichtung anbelangt, soll die vorliegende Erfindung nicht beschränkt sein. Grundsätzlich sind Heizelemente notwendig, welche die Walze mit Wärme beaufschlagen, so dass es zu einer Ausdehnung der Walze in bestimmten Bereichen kommt. Da die Walze in der Regel aus einem Metall bzw. aus Metalllegierungen besteht, ist bekannt, dass diese sich bei Wärme ausdehnen. Umgedreht ist es natürlich möglich, dass eine Walze im Laufe des Betriebs relativ warm wird und dadurch eine zu hohe Ausdehnung erfährt, die durch Kühlung in bestimmten Bereichen wieder zurückgesetzt werden kann. Als wärmende Temperierung ist vor allem an Infrarot-Heizstrahler gedacht, kühlende Elemente könnten Düsen sein, über die die Walzenoberfläche mit Kaltluft beaufschlagt wird. Dies sind aber nur Beispiele, die Erfindung ist darauf nicht beschränkt.
Wichtig ist gemäß der vorliegenden Erfindung, dass der hohe Wärmeeintrag, der insbesondere in den Walzenmantel eingebracht wird und zu einer möglichst schnellen Änderung der Bombierung führt, auch wieder durch den Walzenkern möglichst rasch abgeführt wird. Dies geschieht gemäß dem vorliegenden Erfindungsgedanken aktiv, was insbesondere bedeutet, dass dem Walzenmantel von innen her Kühlmedium zugeführt wird, welches die Wärme des Walzenmantels übernimmt und durch den Kern abführt. Damit kann ein gewünschtes Gleichgewicht der Temperierung erzielt werden.
Wie die Wärmeabfuhr im Walzenkern vorgenommen wird, ist von untergeordneter Bedeutung. In einem einfachen Ausführungsbeispiel können den Walzenkern axial Bohrungen durchziehen, von denen Radialbohrungen zum Walzenmantel hin führen.
Wichtig ist auch, dass die Oberfläche des Walzenmantels reflexionsarm ausgestaltet ist. D.h., sie besitzt einen geringen Reflexionsgrad. Unter Reflexionsgrad wird das Verhältnis zwischen der von dem Heizelement kommenden auftreffenden Strahlung und der reflektierten Strahlung verstanden. Bevorzugt liegt dieses Verhältnis bei 1 zu 0 bis 0, 3, wobei natürlich aus technischer Sicht der Wert 0 kaum erreichbar ist. Beispielsweise könnte die Oberfläche der Walze schwarz verchromt sein.
Verwendete Sensoren sind im Augenblick insbesondere kapazitive Sensoren, die als Abstandssensoren dienen und auf einer Änderung der Kapazität eines Kondensators beruhen. Vor allem sind aber auch optoelektronische Sensoren oder induktive Abstandssensoren denkbar. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind aber auch dies nur Beispiele.
Zur Bestimmung der Breite und Dicke des flächigen Substrats werden üblicherweise zwei Walzen verwendet, die miteinander einen Walzenspalt ausbilden. Im Rahmen der Erfindung soll aber auch die Verwendung von nur einer Walze liegen. In diesem Fall wird das flächige Substrat mit Spannung über einen Teil eines Walzenumfangs gezogen, so dass sich die Länge des flächigen Substrats erhöht, die Dicke aber vermindert. Dies dürfte aber nur für spezielle Substrate anwendbar sein, weshalb sich die vorliegende Beschreibung des Verfahrens vor allem auf das Zusammenwirken von zwei oder auch mehr Walzen bezieht, die einen Kalander ausbilden.
Für einen derartigen Kalander ist dem Fachmann bekannt, dass zum Herstellen von beispielsweise Folien im Walzenspalt bestimmte Spaltkräfte wirken. Diese können über eine Hydraulik, mit der die beidseitigen Lager der Walzen ausgestattet sind, bestimmt werden. Meist gibt es eine obere und eine untere Walze, wobei eine der Walzen fix gelagert ist und die andere Walze sich über die eben erwähnte Hydraulik gegen die fixe Walze abstützt. Diese Abstützkräfte bestimmen dann die Spaltkräfte im Walzenspalt, mit denen die eine Walze auf das durch den Walzenspalt hindurchtretende flächige Substrat aufdrückt. Diese Kräfte bestimmen im wesentlichen die Dicke des flächigen Substrats, während die Bombierung der Walzen eine Änderung der Dicke des flächigen Substrats über die Breite bestimmt.
Dem Fachmann allgemein bekannt sind die Spaltkräfte und die Biegelinie (Bombierung) der Walze für eine bestimmte Dicke eines bestimmten Substrats bei kalten Walzen. Bei den meisten flächigen Substraten wird aber während dem Kalandrieren Wärme auf die Walzen übertragen, die zu einer Ausdehnung der Walze und damit zu einer Änderung der Bombierung der Walze führt. Hierdurch wird die Dicke des flächigen Substrats verändert, und das auch unregelmässig über die Breite des Substrates hin. Gemäss der vorliegenden Erfindung wird diese Änderung der Bombierung der Walze mittels über die Breite der Walze verteilt angeordnete Sensoren ermittelt. Damit nun eine gleichbleibende Dicke des flächigen Substrats über die Breite hin angestrebt wird, erfolgt eine Beaufschlagung mit Wärme und/oder Kälte von aussen her der Walze über die Temperiereinrichtung, bis die Sensoren wieder melden, dass die gewünschte Bombierung wieder erreicht ist. Zu einer zusätzlichen Kontrolle kann stromabwärts dem flächigen Substrat noch eine weitere balkenartige Messeinrichtung zugeordnet werden, welche die Dicke des Substrats über die Breite hin überprüft.
Gemäss der vorliegenden Erfindung werden aus den laufenden Ergebnissen und Änderungen bezüglich bestimmter flächiger Substrate Kennlinien erstellt, welche die Arbeit der Sensoren und der Temperiereinrichtung kontrollieren und unterstützen. Dies geschieht immer mit dem Ziel der Erreichung einer über die Breite gleichmässigen vorgegebenen Dicke des flächigen Substrats.
Eine entsprechende erfindungsgemässe Vorrichtung, für die auch separat Schutz begehrt wird, ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass der Walze über die Breite der Walze verteilt angeordnet Heiz- und/oder Kühlelemente zugeordnet sind, mit denen die Walze von aussen her temperierbar ist.
Ein grosser Vorteil der Temperierung von aussen her ist, dass nur der äussere Bereich der Walze mit Wärme oder Kälte beaufschlagt werden muss, wobei die Bombierung gerade durch diesen äusseren Bereich wesentlich beeinflusst wird. Diese Temperierung kann auch sehr gezielt und schnell erfolgen, weshalb die Temperiereinrichtung aus einer Mehrzahl von Heiz- und/oder Kühlelementen besteht.
Des weiteren ist natürlich ein grosser Vorteil, dass die Walze selbst innen, unabhängig von der Aussentemperierten, temperiert werden kann. Somit kann die Walze unabhängig auf entsprechende Prozesserfordernisse in ihrer Temperatur eingestellt werden.
Für die Anordnung dieser Heiz- und/oder Kühlelementen ist eine Vielzahl von Möglichkeiten denkbar, die von der Erfindung umfasst sein sollen. In erster Linie ist an eine balkenartige Anordnung in Reihe über die Breite der Walze hinweg gedacht. Dabei können sich Heizelemente und Kühlelemente abwechseln, so dass mittels der Kühlelemente auch Bereiche der Walze überdeckt werden können, die üblicherweise erwärmt werden. Ausserdem werden dadurch zwei benachbarte Heizelemente voneinander entkoppelt, so dass sich ihr Wärmeeintrag in die Walzenoberfläche nicht addiert. Es können aber z.B. auch jeweils drei benachbarte Heizelemente durch ein Kühlelement getrennt werden. Hierdurch wird es möglich, dass beispielsweise ein Heizregister aus drei Heizelementen höhere Wärme in die Walzenoberfläche einträgt, als ein durch das Kühlelement benachbartes Heizregister ebenfalls aus drei Heizelementen, bei dem aber nur ein Heizelement Wärme aussendet. Auf diese Art und Weise kann eine sehr genau Regelung des Wärme- und/oder Kühleintrags in die Walzenoberfläche erfolgen und damit auch eine sehr exakte Bestimmung der Bombierung der Walze.
Natürlich ist es auch denkbar, dass mehrere Temperiereinrichtungen um den Umfang der Walze herum angeordnet sind. Denkbar ist auch ein Versatz der Temperierelemente bzw. der einzelnen Heiz- und/oder Kühlelemente. Die Sensoren zur Ermittlung der Bombierung der Walze werden bevorzugt natürlich zwischen den einzelnen Temperierelementen an geeigneter Position, bevorzugt aber auf einer Linie über die Breite der Walze hinweg angeordnet. Eine besondere Ausgestaltung der Walze könnte die Bombierung noch erleichtern. Diese sieht vor, dass die Walze nicht aus Vollmaterial gebildet ist, sondern einen Walzenmantel von einem Kern trennt, wobei zusätzlich noch zwischen Walzenmantel und Kern eine Isolierschicht eingelegt sein kann. Hierdurch wird es möglich, eine Bombierung schneller zu erzeugen bzw. zu korrigieren, da der Walzenmantel schneller auf einen Wärmeeintrag reagiert. Vor allem eine Reduktion der Bombierung durch Kühlung erfolgt beschleunigt.
Figurenbeschreibung
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in
Figur 1 eine schematisch dargestellte Seitenansicht einer erfindungsgemässen Vorrichtung zum Herstellen eines flächigen Substrats;
Figur 2 eine schematisch dargestellte Draufsicht des oberen Teils der Vorrichtung gemäss Figur 1 ;
Figur 3 eine perspektivische Ansicht des Teils der Vorrichtung gemäss Figur 2;
Figur 4 eine schematisch dargestellte Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemässen Vorrichtung zum Herstellen eines flächigen Substrats;
Figur 5 eine Frontansicht eines oberen Teils der Vorrichtung gemäss Figur 4.
Von einer erfindungsgemässen Vorrichtung P zum Herstellen eines flächigen Substrats ist in Figur 1 eine obere Walze 1 gezeigt, die zusammen mit einer unteren Walze 2 einen Walzenspalt 3 ausbildet, durch den ein flächiges Substrat 4 läuft. Dieses flächige Substrat 4 kann beispielsweise eine Folie sein.
Zentrisch durchziehen Walzenachsen A die Walzen 1 bzw. 2, wobei die Walzen 1 bzw. 2 um diese Walzenachsen A drehen. Gelagert sind die Walzen 1 bzw. 2 über Wellenstummel 5. Für die obere Walze 1 ist in Figur 1 durch eine gestrichelte Linie angedeutet, dass hier einem inneren Kern 6 der Walze 1 ein Walzenmantel 7 zugeordnet ist. Die gestrichelte Linie 8 soll eine Isolierschicht darstellen.
Des weiteren ist oberhalb der Walze 1 eine Temperiereinrichtung 9 vorgesehen, die entsprechend dem Walzenmantel 7 gekrümmt ausgebildet ist. In Figur 2 ist ferner erkennbar, dass diese Temperiereinrichtung aus einer Vielzahl von Heiz- und/oder Kühlelementen 10.2 bzw. 10.1 besteht, die hier in Reihe nebeneinander über die Breite der Walze 1 angeordnet sind. Auch in Figur 3 sind sie deutlich erkennbar.
In Figur 3 wird ferner gezeigt, dass über der Walze 1 Sensoren 11 angeordnet sind, welche entlang einer gestrichelt angedeuteten Breite der Walze 1 die Oberflächenausgestaltung und insbesondere die Bombierung oder auch die Biegelinie der Walze 1 ermitteln.
Die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung ist folgende:
In vielen Fällen ist es notwendig, dass bei der Fierstellung eines flächigen Substrats die Dicke des Substrats sehr genau eingehalten werden muss. Dabei ist aber zu berücksichtigen, dass sich die Temperaturen in der Vorrichtung und insbesondere die Temperatur der Walzen 1 und 2 sowie auch des Substrats 4 verändern. Dies führt über die Zeit gesehen auch zu einer Änderung der Dicke des flächigen Substrats, wobei sich die Dicke auch über die Breite des Substrats unterschiedlich verändern kann. Dies soll erfindungsgemäss durch entsprechende Änderung der Bombierung von einer Walze 1 oder von beiden Walzen 1 und 2 ausgeglichen werden.
Das bedeutet, dass die Ersteinstellung des Walzenspaltes 3 auf eine gewünschte Dicke des Substrats anhand von Fachkenntnis bzw. Kennlinien erfolgt. Wird eine Änderung der Dicke des Substrats festgestellt, so wird über eine entsprechende Regelung die Temperiereinrichtung angesprochen. Den einzelnen Temperierelementen, welche aus Heiz- und/oder Kühlelementen 10 bestehen, wird nun der Befehl gegeben, die Oberfläche der Walze 1 bzw. 2 entsprechend zu beheizen bzw. zu kühlen, so dass sich die Bombierung der Walze ändert. Diese Änderung wird laufend durch die Sensoren 11 ermittelt und deren Wert mit den erzielten Änderungen der Dicke des flächigen Substrats, die separat in einer nachgeschalteten Kontrolleinrichtung über die Breite des Substrats ermittelt wird, verglichen. Bevorzugt ist dabei die Regelung als künstliche Intelligenz ausgestaltet, welche aus den ermittelten Parametern und Änderungen Kennlinien erzeugt, die laufend angepasst werden.
In den Figuren 4 und 5 ist eine etwas abgeänderte Vorrichtung P1 zum Herstellen eines flächigen Substrats 4 dargestellt. Die Änderungen beziehen sich dabei nicht auf die Walzen 1 und 2, sondern auf die Temperiereinrichtung 9.1. Diese besteht aus einer Vielzahl von Heiz- und Kühlelementen 10.2 bzw. 10.1 , die um die Achse A der Walze 1 herum versetzt um deren Umfang in
Reihe über die Breite der Walze hinweg angeordnet sind. In entsprechenden Zwischenräumen 12 zwischen den Heiz- und/oder Kühlelementen können dann die Sensoren 11 zur Ermittlung der Bombierung der Walze 1 angeordnet sein. Die Funktionsweise der beiden Vorrichtungen P und P1 sind aber gleich.
Bezugszeichenliste
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Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen eines flächigen Substrats (4), insbesondere einer Folie aus ein- oder mehreren Lagen, mittels zumindest einer Walze (1 ,2), über welche eine Dicke des flächigen Substrats (4) über seine Breite bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Walze (1 ) mit einer reflexionsarmen Oberfläche versehen wird, die von einer über die Breite der Walze (1) angeordneten Temperiereinrichtung (9) von aussen her mit Wärme beaufschlagt wird;
- die Wärme in der Walze aktiv abgeführt wird;
- eine Bombierung der Walze (1 ) mittels über die Breite der Walze (1) verteilt angeordnete Sensoren (11 ) ermittelt und
- bei Änderung einer Dicke des Substrats (4) die Temperiereinrichtung (9) zum Zwecke der Änderung der Bombierung der Walze (1 ) die Walze (1 ) von aussen her kontrolliert mit Wärme beaufschlagt wird, bis die Bombierung die gewünschte Dicke des Substrats (4) erzeugt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass bei Änderung einer Dicke des Substrats (4) die Temperatureinrichtung (9) zum Zwecke der Änderung der Bombierung der Walze (1 ) die Walze (1) von aussen her kontrolliert mit Kälte beaufschlagt wird, bis die Bombierung der Walze (1 ) die gewünschte Dicke des Substrats (4) erzeugt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus den ermittelten Ergebnissen, insbesondere der Ausgestaltung der Bombierung der Walze (1) über ihre Breite und der Änderung der Dicke des Substrats (4) im Verhältnis zur Zeit, Kennlinien für die Temperiereinrichtung (9) erzeugt werden bzw. auch bekannte Biegelinien der Walze (1 ) mit einfliessen.
4. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Bombierung der Walze (1) durch Sensoren (11 ) von aussen her erfolgt.
5. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Bombierung der Walze (1) durch die Sensoren (11) kapazitiv erfolgt.
6. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das flächige Substrat (4) durch zumindest zwei Walzen (1 ,2) erzeugt wird, welche miteinander einen Walzenspalt (3) ausbilden, durch den das Substrat (4) hindurchgeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die im Walzenspalt (3) wirkenden Kräfte ermittelt und in die Regelung zur Änderung der Bombierung der Walze (1) bzw. auch in die Erstellung der Kennlinien mit einbezogen werden.
8. Vorrichtung zum Herstellen eines flächigen Substrats (4), insbesondere einer Folie aus ein- oder mehreren Lagen, mittels zumindest einer Walze (1 ,2), über welche eine Dicke des flächigen Substrats (4) über seine Breite bestimmt wird, wobei der Walze (1) eine über die Breite der Walze (1) angeordnete Temperiereinrichtung (9) zugeordnet ist, mit der die Walze (1) von aussen her temperierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinrichtung (9) Heizelemente (10) aufweist, die Oberfläche der Walze (1) reflexionsarm ausgestaltet ist und die Walze (1) im inneren Einrichtungen zum Abführen der Wärme aufweist wobei über der auch von innen her temperierten Walze (1) zur Ermittlung der Dicke der Walze (1 ) bzw. der Änderung der Dicke der Walze (1 ) mehrere Sensoren (11 ) über die Breite der Walze (1 ) verteilt angeordnet sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Reflexionsgrad der Oberfläche der Walze (1) bei 1 zu 0 bis 0,3 liegt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente (10) Infrarot-Heizstrahler sind.
11. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Walze (1) aus einem Kern (6) und einem den Kern (6) umgebenden Walzenmantel (7) besteht.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass im Kern (6) Bohrungen zur Führung eines Kühlmediums vorgesehen sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass Radialbohrungen im Kern (6) bis zum Walzenmantel (7) reichen.
14. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 8 bis 13 , dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinrichtung (9) Kühlelemente (10.2) aufweist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlelemente (10.2) die Walze (1) mit Kühlluft beaufschlagen.
16. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 8-15, dadurch gekennzeichnet, dass die Heiz- und/oder Kühlelemente (10.1, 10.2) in Reihe über die Breite der Walze (1 ) angeordnet sind.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Reihen von Heiz- und/oder Kühlelementen (10.1 , 10.2) über den Umfang der Walze (1 ) angeordnet sind
18. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 8 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Heiz- und/oder Kühlelemente (10.1 , 10.2) über den Umfang der Walze (1) hin versetzt angeordnet sind.
19. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 8 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Kern (6) und Walzenmantel (7) eine Isolierschicht (8) vorgesehen ist.
20. Vorrichtung nach wenigstens einen der Ansprüche 8-19, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Walze (1) schwarz verchromt ist.
PCT/EP2021/064969 2020-06-04 2021-06-04 Verfahren zum herstellen eines flächigen substrats WO2021245214A1 (de)

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