DE1629809B2

DE1629809B2 - Kalander zum herstellen von folien aus thermoplastischen stoffen

Info

Publication number: DE1629809B2
Application number: DE1965U0012041
Authority: DE
Inventors: Fred Harpoth Bound Brook NJ Ancker (VStA)
Original assignee: Ausscheidung in 17 53 900 Union Carbide Corp, New York, N Y (VStA)
Priority date: 1964-09-22
Filing date: 1965-09-21
Publication date: 1977-10-27
Also published as: DE1629809A1; US3871808A; GB1127743A; DE1753900A1; JPS49339B1

Description

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Die Erfindung betrifft einen Kalander zum Herstellen von Folien aus thermoplastischen Stoffen mit mindestens drei koplanaren Walzen, wobei mindestens eine Walze am Ausgangsspalt ballig ausgebildet ist, deren Balligkeit zusammen mit der Durchbiegung aller Walzen für einen parallelen letzten Walzenspalt festgelegt ist.

Mit einem Beitrag in VDI-Zeitschrift, 1957, Nr. 5, Seiten 179/180, wird über den Ausgleich der Walzendurchbiegung in Kunststoff-Kalandern berichtet. Kalanderwalzen können sich unter dem Arbeitsdruck durchbiegen, was dann zu Folien führt, die in der Mitte dicker sind als an ihren Rändern. Es ist möglich, die Wirkung der Durchbiegung durch Balligschleifen der Walzen auszugleichen, wozu es ausreicht, lediglich eine Walze der Summe der Durchbiegungen entsprechend zu schleifen, die anderen Walzen können zylindrisch bleiben. Mit einer bestimmten Balligkeit kann lediglich die Durchbiegung bei einem Arbeitsdruck ausgeglichen werden, so daß für unterschiedliche Arbeitsbedingungen Walzen mit unterschiedlicher Balligkeit erforderlich sind. Die aus der Durchbiegung resultierende Ungleichmäßigkeit der Folienstärke kann auch durch Schrägstellung der Walzen ausgeglichen werden; hierbei sind die Mittenachsen der Walzen nicht parallel sondern in einem kleinen Winkel zueinander angeordnet Um die Durchbiegung der Kalanderwalzen zu vermindern, kann auch auf deren verlängerte Walzenenden ein Gegenbiegemoment ausgeübt werden. Bei einer Kombination von balligen Walzen und Gegenbiegemoment auf deren Walzenenden ist es möglich, die Balligkeit nach dem mittleren Arbeitsdruck zu bemessen und Abweichungen davon durch das Gegenbiegemoment auszugleichen; im Ergebnis sind dann kleinere Biegekräfte erforderlich und es wird eine größere Genauigkeit erreicht Auf Grund von Versuchen wurden fünf 3-Walzen-Kalander mit Biegevorrichtungen ausgerüstet; bei diesen Kalandern war die Ober- und Unterwalze ballig, die mittlere Walze zylindrisch ausgebildet. Die Durchbiegung wurde von einem ölhydraulisch betriebenen Druckzylinder bewirkt; die entwickelte Kraft reichte aus, um in der Waizenmitte eine Durchbiegung von ±38 μιτι hervorzurufen.

Weitere Schwankungen der gleichmäßigen Folienstärke können dann auftreten, wenn auf einem bestimmten Kalander unterschiedliche Materialien bearbeitet und/oder Folien mit stark unterschiedlicher Stärke hergestellt werden sollen. Als Folge davon unterscheidet die Fachwelt zwischen Kalandern für Folien mit einer Folienstärke von 50 bis 250 μηι und Kalandern für Felle mit einer Folienstärke von 250 bis 1000 μπι. In ähnlicher Weise wird zwischen Kalandern für die Behandlung von Hart-PVC und Kalandern für die Behandlung von Weich-PVC unterschieden.

Aufgabe dieser Erfindung ist es, einen Kalander zum Herstellen von Folien aus thermoplastischen Stoffen bereitzustellen, der die Verarbeitung verschiedener plastischer Stoffe mit stark unterschiedlichen Schmelzviskositäten zu Folien mit sehr gleichmäßiger, in weitem Bereich wählbarer Filmstärke erlaubt und dessen Korrekturmöglichkeiten gegenüber den bekannten Maßnahmen wie Balligschleifen, Walzenkreuzen und/oder Walzenbiegungen wesentlich erweitert sind.

Ausgehend von einem Kalander zum Herstellen von Folien aus thermoplastischen Stoffen, mit mindestens drei koplanaren Walzen, wobei mindestens eine Walze am Ausgangsspalt ballig ausgebildet ist, deren Balligkeit zusammen mit der Summe der Durchbiegungen aller Walzen für einen parallelen letzten Walzenspalt festgelegt ist, ist die erfindungsgemäße Lösung obiger Aufgabe dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Biegesteifigkeit der vorletzten Walze zur Biegesteifigkeit der letzten Walze 0,03 bis 0,75 beträgt, und bei weniger als max. Durchbiegung der letzten Walze das Verhältnis der Filmbreite im vorletzten Walzenspalt zur Filmbreite im letzten Walzenspalt zwischen 0,2 und 1 für den parallelen letzten Walzenspalt eingestellt wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform beträgt das Verhältnis der Biegesteifigkeit der vorletzten Walze zur Biegesteifigkeit der letzten Walze 0,1 bis 0,4.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform dieses Kalanders ist die vorletzte Walze ballig und die letzte Walze zylindrisch ausgebildet

Das erforderliche Verhältnis der Biegesteifigkeit der vorletzten Walze zur Biegesteifigkeit der letzten Walze kann zweckmäßigerweise dadurch erreicht werden, daß die vorletzte Walze und die letzte Walze aus gleichem Material bestehen, und die vorletzte Walze 60 bis 70% des Durchmessers der letzten Walze aufweist

Zur Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung dienen auch 2 Blatt Abbildungen mit den F i g. 1 bis 9; im einzelnen zeigt

F i g. 1 in perspektivischer Darstellung einen herkömmlichen, umgekehrten »L«-Kalander,

F i g. 2 eine schematische Erläuterung der vertikal ausgerichteten Walzentrennkräfte beim Betrieb eines konventionellen umgekehrten »L«-Kalanders,

F i g. 3 bis 6 schematische Darstellungen der relativen Anordnung der Kalanderwalzen in bezug auf die vorgesehene biegsame Walze bei »J«-, umgekehrtes »L«-, »L«- und »Z«-Kalanderanordnungen,

F i g. 7 eine vergrößerte schematische Darstellung des Walzensystems unter der Belastung 0,

F i g. 8 eine vergrößerte schematische Darstellung des Walzensystems unter vorwiegend gleichmäßiger Belastung und

F i g. 9 eine vergrößerte schematische Darstellung des Walzensystems zur Kompensation weniger als max. Walzentrennkräfte.

Mit Fig. 1 ist ein üblicher, einem umgekehrten »L« entsprechenden Kalander dargestellt. Die geschmolzene oder teigartige Masse aus dem thermoplastischen Stoff wird dem Walzenspalt zwischen den beiden oberen Walzen 3 und 4 zugeführt; zwei seitliche Leitbleche 5 verhindern das seitliche Auseinanderfließen des thermoplastischen Stoffes. In dem Ausmaß, wie ι ο die geschmolzene Masse durch den Zwischenraum zwischen den Walzen 3 und 4 hindurchläuft, wird ein rohes Fell aus geschmolzenem Material gebildet, welches anschließend in den Spalt zwischen den Walzen 3 und 2 eintritt Durch die Einstellung des 3-2-Walzenspaltes auf einen Abstand, der gleich oder kleiner als der Abstand zwischen den Walzen 4 und 3 ist, kann sich vor dem 3-2-Walzenspalt ein Knetwulst aus geschmolzenem Material ausbilden. Das austretende geschmolzene Fell nimmt die Breite des vorhergehenden Knetwulstes an. Nach dem Eintreten in den 2-1-Walzenspalt, der gegenüber dem 3-2-WaIzenspalt wiederum auf einen gleichen oder kleineren Abstand eingestellt ist, wiederholt sich dieser Vorgang. Nachdem gleichbleibende Bedingungen eingestellt sind, stehen die Filmbreiten (w) und Filmdicken (t) sowie die Umfangsgeschwindigkeit (v)aer einzelnen Walzen in folgendem Verhältnis:

κι χ Wi χ t\ = V₂ χ W₂ χ h = V3 x W₃ χ /3

wobei sich die entsprechenden Indizes auf die Walzennummer beziehen. Die endgültige Breite und Dicke des Fells wird durch den letzten Spalt, d. h., durch die Knetwulstbreite und den Abstand zwischen der letzten Walze 1 und der vorletzten Walze 2 bestimmt.

Ungleichmäßigkeiten der Folienstärke bzw. Folien- 35, dicke können sowohl in Längsrichtung der Folie wie in deren Querrichtung auftreten. Dickenschwankungen in Längsrichtung beruhen im wesentlichen auf dem Lagerspiel der Walzenlager. Sofern die den letzten Walzenspalt bildenden Walzen in einer Ebene senkrecht zur Ebene des vorangehenden Walzenpaares angeordnet sind, wie beispielsweise bei Kalandern vom »Z«-Typ (vgl. Fig.6), verursacht dieses Lagerspiel keine besonderen Schwierigkeiten, da nach Erreichen gleichmäßiger Kalandrierbedingungen die Walzentrennkraft im letzten Walzenspalt die Laufzapfen dieser Walzen in stabilen Gleichgewichtslagen gegenüber den Lagerschalen hält Sind jedoch auch die vorhergehende oder die vorhergehenden Walzen koplanar zu den Walzen des letzten Walzenspaltes angeordnet, wie beispielsweise bei Kalandern vom »I«- oder »!.«-Typ, so wirken auf die vorletzte Walze entgegengesetzte Trennkräfte ein.

Mit Fig.2 ist diese Situation an einem herkömmlichen, einem umgekehrten »L« entsprechenden Kalander dargestellt. Auf die vorletzte Walze 2 wirkt die Trennkraft (Fi) aus dem letzten Walzenspalt 2-1, und die entgegengesetzt gerichtete Kraft aus dem vorherigen Walzenspalt 3-2 ein (Horizontalkräfte und Schwerkraft sind aus Vereinfachungsgründen nicht berücksichtigt).

Wenn die Walzentrennkraft F₂ der Walzentrennkraft Fi nahekommt, dann verschwindet die auf die vorletzte Walze 2 wirkende Restkraft und diese Walze beginnt innerhalb ihres Lagerspiels zu schwimmen; als Folge hiervon geht die Kontrolle über die Filmdicke verloren. Diese Situation wird üblicherweise durch Verringern der Filmbreite W₂, durch Verkleinern der Breite des vor dem Spalt 3-2 gebildeten Knetwulstes, d. h., durch Erhöhen der Dicke des durch den Spalt 3-2 austretenden Films A₂ beseitigt. Im Ergebnis wird hierbei die auf die vorletzte Walze 2 einwirkende Trennkraft vermindert, wodurch die vorletzte Walze 2 in eine Gleichgewichtslage gegen die Oberweite ihres Lagers gedrückt wird.

Dickenschwankungen in Querrichtung der Folie sind weit problematischer zu beseitigen, da diese durch eine Verbiegung der Walzen bewirkt werden. Wie bereits ausgeführt, ist zur Kompensation dieser Schwierigkeiten

a) das Balligschleifen von einer oder mehreren Walzen,

b) das Walzenkreuzen und/oder

c) das Walzenbiegen

vorgeschlagen worden. Im Ergebnis hat sich gezeigt, daß beim Walzenkreuzen und Walzenbiegen die möglichen Krümmungskorrekturen bei Folienkalandern vom »L«- und »I«-Typ, bei denen meistens nur die letzte Walze frei biegbar ist, auf 50 bis 75 μιτι und bei »Z«-Kalandern, bei denen beide Walzen des letzten Spaltes frei biegbar sind, auf 25 bis 40 μΐη beschränkt sind. Für die Bedürfnisse der Praxis reicht dies häufig nicht aus.

Ein nach der Erfindung ausgebildeter Kalander erlaubt wesentliche größere Krümmungskorrekturen, nämlich zumindest bis etwa 254 bis 380 μπι bei allen Kalanderanordnungen. Erreicht wird dies durch im wesentlichen zwei Maßnahmen, nämlich

1. die vorletzte Walze besteht aus einer wesentlich biegsameren, vorzugsweise balligen Walze, als dies bislang üblich war, und

2. bei weniger als max. Durchbiegung der letzten Walze wird die für einen parallelen Ausgangsspalt erforderliche Durchbiegung der vorletzten Walze dadurch gewährleistet, daß das Verhältnis der Filmbreite im vorletzten Walzenspalt zur Filmbreite im letzten Walzenspalt in geeigneter Weise eingestellt wird.

Ein solcher Kalander weist wenigstens drei im wesentlichen koplanar angeordnete Walzen auf, die ein zusammenwirkendes Drei-Walzen-System bilden. Vorzugsweise sind die letzte und die drittletzte Walze zylindrisch ausgebildet, zwischen denen als vorletzte Walze eine wesentlich biegsamere, ballig gedrehte Walze angeordnet ist. In dem Walzenspalt zwischen der vorletzten und der letzten Walze wird fortwährend gleicher Walzenabstand dadurch aufrechterhalten, daß die vorletzte Walze eine solche Balligkeit erhält, daß sie mit der Krümmung der letzten Walze zusammenpaßt, wenn die vorletzte Walze ungebogen ist und die letzte Walze max. gekrümmt ist. Bei niedrigeren Trennkräften im letzten Walzenspalt kommt es zu einer weniger als max. Durchbiegung der letzten Walze; damit auch unter diesen Arbeitsbedingungen bei Verwendung der gleichen balligen vorletzten Walze ein paralleler Ausgangsspalt gewährleistet ist, muß die wirksame Balligkeit der vorletzten Walze kleiner sein als deren tatsächliche Balligkeit. Dies wird dadurch erreicht, daß die vorletzte Walze eine wesentliche größere Biegsamkeit bzw. wesentlich verminderte Biegesteifigkeit aufweist, so daß sich diese vorletzte Walze an die Änderung der Filmbreiten zwischen dem vorletzten Walzenspalt und dem letzten Walzenspalt anpassen kann.

Mit den F i g. 3 bis 6 sind verschiedene Kalanderanordnungen dargestellt, welche schematisch die relative Anordnung der Kalanderwalzen in bezug auf die vorgesehene, dünnere, biegsamere vorletzte Walze erläutern. Zu diesen dargestellten Kalandern gehört

jeweils eine letzte oder abschließende Walze 10, eine vorletzte Walze 14 und eine drittletzte Walze 12; in allen Fällen weist die vorletzte Walze 14 einen kleineren Durchmesser auf, als die letzte (10) oder die drittletzte Walze 12 Die vorletzte Walze 14 ist zwischen den Oberflächen der letzten Walze 10 und der drittletzten Walze 12 angeordnet, wobei die Achsen der Walzen 10, 12 und 14 im wesentlichen koplanar ausgerichtet sind. Zusätzlich können eine oder mehrere vorangehende Walzen, beispielsweise die Walzen 16 und 18 in den Fig.4, 5 und 6 vorgesehen sein. Die vorangehenden Walzen 16 und 18 sind von der drittletzten Walze 12 entfernt angeordnet und arbeiten mit dieser zusammen. Vor jedem Walzenspalt sind Knetpolster 20 aus geschmolzenem oder teigartigem Material 24 dargestellt. Der letzte Walzenspalt 22, der auch als Kalibrierspalt bezeichnet wird, wird zwischen den gegenüberliegenden Flächen der letzten Walze 10 und der vorletzten Walze 14 gebildet. Das geschmolzene oder teigartige Material 24 tritt aus dem letzten Walzenspalt 22 als kontinuierliche Folie oder Fell mit einer im wesentlichen einheitlichen Dicke im Querschnitt aus und wird anschließend abgekühlt und zum Aufwickeln oder Schneiden in üblicher Weise weitergeleitet

■Das Zusammenwirken von vorletzter, wesentlich biegsamerer Walze 14 mit der Erhöhung der Filmbreite beim Fortschreiten vom vorletzten zum letzten Walzenspalt 22 wird mit Bezugnahme auf die F i g. 7, 8 und 9 erläutert Bei diesen Figuren sind die Balligkeit der balligen Walze und die Walzenverbiegungen schematisch in vergrößertem Maßstab dargestellt.

F i g. 7 zeigt das Walzensystem unter der Belastung 0; die letzte Walze 10 und die drittletzte Walze 12 sind als zylindrische Walzen ausgebildet; die vorletzte Walze 14 ist ballig ausgebildet; sämtliche Walzen sind nicht durchgebogen.

Mit F i g. 8 ist derjenige Fall dargestellt, bei dem die beiden, entgegengesetzt gerichteten Walzentrennkräfte, welche auf die biegsame vorletzte Walze 14 einwirken, annähernd gleich groß sind (FiO = Fi₂). In diesem Fall bleibt die biegsame vorletzte Walze 14 im wesentlich ungekrümmt und die letzte Walze 10 weist max. Durchbiegung auf. Wird für diesen Fall die Balligkeit der vorletzten Walze 14 dahingehend festgelegt, daß diese vollständig der durch die Trennkraft Fi₀ bewirkten Durchbiegung der letzten Walze 10 entspricht, dann wird der entstehende Film in Querrichtung vollständig gleichmäßige Dicke aufweisen. Notwendigerweise muß hierzu entweder die letzte Walze 10 oder die vorletzte Walze 14 oder beide den letzten Spalt 22 bildenden Walzen eine solche Balligkeit aufweisen, daß der letzte Walzenspalt 22 bei der max. auftretenden Walzentrennkraft gleichen Abstand behält. Vorzugsweise ist nur die biegsame vorletzte Walze 14 mit einer solchen balligen Oberfläche ausgestattet, während die anderen Walzen zylindrisch ausgebildet sind.

Mit der Fig.9 ist der Fall einer niedrigeren Trennkraft Fio dargestellt, welche zu einer weniger als

ίο max. Durchbiegung der letzten Walze 10 führt; diese Situation ergibt sich beispielsweise beim Übergang von höheren zu niedrigeren Schmelzviskositäten, von kleineren zu größeren Filmdicken oder von einer höheren zu einer niedrigeren Kalandriergeschwindigkeit. Als Folge der kleineren Walzentrennkraft Fio biegt sich die letzte Walze 10 weniger stark durch, so daß die Balligkeit der vorletzten Walze 14 nicht völlig kompensiert ist, was zu einem Film führen würde, der in der Mitte dünner ist als an seinen Rändern. Die erforderliche Korrektur erfolgt durch eine Erhöhung der Felldicke (tu) bzw. eine Verminderung der Filmbreite (wu) desjenigen Fells, das von der drittletzten Walze 12 der vorletzten Walze 14 zugeführt wird. Bei gleichbleibender Filmbreite im letzten Walzenspalt 22 wird durch diese Verminderung der Filmbreite (w\$ im vorletzten Walzenspalt die Trennkraft'Fü vermindert, wodurch die biegsamere vorletzte Walze 14 solange nach oben auf die drittletzte Walze 12 hin abgebogen wird, bis wiederum ein paralleler Walzenspalt zwischen der letzten Walze 10 und der vorletzten Walze 14 gegeben ist

Es ist vorgesehen, die vorletzte Walze 14 mit einer solchen Balligkeit auszubilden, welche im wesentlichen der Durchbiegung der letzten Walze 10 entspricht, wenn der Kalander bei der max. beabsichtigten Trennkraft Fio betrieben wird, d. h., bei max. Durchbiegung der letzten Walze 10; dies ist insbesondere der Fall bei der Verarbeitung von Material mit hohen Schmelzviskositäten, bei der Erzeugung dünner Filme und bei der Anwendung hoher Kalandriergeschwindigkeiten. Bei niedrigeren Trennkräften, wie sie bei der Bearbeitung von thermoplastischen Stoffen mit niedriger Viskosität, bei der Herstellung dickerer Filme oder beim Kalandrieren bei niedrigeren Geschwindigkeiten auftreten, wird der gleichmäßige Abstand in dem letzten Walzenspalt 22 durch Vergrößerung des Abstandes zwischen der vorletzten Walze 14 und der drittletzten Walze 12 erreicht; dadurch wird das Verhältnis der Filmbreiten w\*lw\o in dem vorgesehenen Bereich von 0,2 bis 1 gehalten, und ein paralleler letzter Walzenspalt gewährleistet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kalander zum Herstellen von Folien aus thermoplastischen Stoffen, mit mindestens drei koplanaren Walzen, wobei mindestens eine Walze am Ausgangsspalt baliig ausgebildet ist, deren Balligkeit zusammen mit der Summe der Durchbiegung aller Walzen für einen parallelen letzten Walzenspalt festgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Biegesteifigkeit der vorletzten Walze (14) zur Biegesteifigkeit der letzten Walze (10) 0,03 bis 0,75 beträgt, und bei weniger als maximaler Durchbiegung der letzten Walze (10) das Verhältnis der Filmbreite im '5 vorletzten Walzenspalt zur Filmbreite im letzten Walzenspalt zwischen 0,2 bis 1,0 für den parallelen letzten Walzenspalt (22) eingestellt wird.

2. Kalander nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Biegesteifigkeit der vorletzten Walze (14) zur Biegesteifigkeit der letzten Walze (10) 0,1 bis 0,4 beträgt

3. Kalander nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vorletzte Walze (14) ballig, und die letzte Walze (10) zylindrisch ausgebildet ist.