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Dokumentenidentifikation EP1600277 05.01.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0001600277
Titel Kühlvorrichtung
Anmelder Battenfeld Extrusionstechnik GmbH, 32547 Bad Oeynhausen, DE
Erfinder Krampf, Nikolaus, 32547 Bad Oeynhausen, DE;
Huth, Kurt, 86399 Bobingen, DE
Vertragsstaaten AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IS, IT, LI, LT, LU, MC, NL, PL, PT
Sprache des Dokument DE
EP-Anmeldetag 25.04.2005
EP-Aktenzeichen 051033314
EP-Offenlegungsdatum 30.11.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 05.01.2006
IPC-Hauptklasse B29C 47/88(2000.01)A, F, I, ,  ,  ,   
IPC-Nebenklasse B29C 47/90(2000.01)A, L, I, ,  ,  ,      

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kalibrieren und Kühlen einer Kunststofffolie oder Kunststoffplatte, die aus mindestens zwei Kühl- oder Kalibrierwalzen besteht, wobei den Walzen eine Kühlstrecke nachgeschaltet ist, sowie ein diesbezügliches Verfahren.

Bekannte Kalibrier- und Kühlvorrichtungen bestehen beispielsweise aus einem 3-Walzen Glättwerk mit einer Glättwalze und zwei Kühlwalzen. Die Wirkungsweise ist wie folgt: Die Folie läuft aus der Schlitzdüse in den Spalt zwischen der Glättwalze und der ersten Kühlwalze und wird dort geglättet. Anschließend läuft sie weiter auf dem Umfang der zweiten Walze (erste Kühlwalze) - Kühlung der ersten Seite der Folie - man spricht hier von einer einseitigen Kühlung. Dann läuft sie in den 2. Spalt zwischen der zweiten Walze und der dritten Walze und wird dort u. U. noch einmal geglättet. Danach läuft sie auf dem Umfang der dritten Walze (zweite Kühlwalze) - Kühlung der zweiten Seite der Folie - auch hier wieder eine einseitige Kühlung.

Es besteht also das Problem, dass in Abhängigkeit von der Foliengeschwindigkeit, der Foliendicke und der Walzengeometrie (Durchmesser) die Folie auf der ersten Kühlwalze stark einseitig gekühlt wird - u. U. bis über die halbe Foliendicke hinaus - so daß in jedem Fall Spannungen in der Folie eingefroren werden können, die bei einer späteren Verarbeitung zu einem Verzug des Endproduktes führen können. Dieser Vorgang wiederholt sich etwas abgeschwächt auf der zweiten Seite. Somit erfolgt die Auslegung des Glättwerks auf einen bestimmten Durchsatz- und/oder Produktbereich und ist später nur mit hohem Aufwand zu ändern oder zu korrigieren. Eine Steigerung der Ausstoßleistung ist nur bedingt möglich. Eine hohe Abkühlgeschwindigkeit der Folie und damit eine gewünschte hohe Transparenz der Folie wird nur in einem engen Arbeitspunkt erreicht.

Derartige 3 Walzen-Glättwerk gibt es auch mit einer verstellbaren 3. Walze, wobei die 2. Kühlwalze drehbar um die erste Kühlwalze angeordnet (üblicher Drehwinkel ca. 130°) ist.

Die Folie läuft wiederum aus der Schlitzdüse in den Spalt zwischen der Glättwalze und der ersten Kühlwalze und wird dort geglättet. Anschließend läuft sie weiter auf dem Umfang der zweiten Walze (erste Kühlwalze) - Kühlung der ersten Seite der Folie - einseitige Kühlung. Dabei ist die Verweilzeit und damit die Kühlzeit der Folie auf der Walze durch die Stellung der 2. Kühlwalze zur ersten Kühlwalze in gewissen Grenzen einstellbar. Danach läuft sie in den 2. Spalt zwischen der zweiten Walze und der dritten Walze - wird dort u. U. noch einmal geglättet. Anschließend läuft sie auf dem Umfang der dritten Walze (zweite Kühlwalze) - Kühlung der zweiten Seite der Folie - wieder einseitige Kühlung. Die Kontaktlänge der Folie auf der 2. Kühlwalze kann u. U. durch eine verstellbare Abnahmewalze ebenfalls beeinflußt werden. Durch die variable Anordnung der 2. Kühlwalze und ggf. einer Abnahmewalze ist der Einsatzbereich variabler als bei einer feststehenden Walzenanordnung. Die Abkühlgeschwindigkeit ist für einen größeren Dickenbereich der Folie einstellbar. Damit kann auch über einen größeren Bereich eine hohe Transparenz der Folie erreicht werden.

Es entstehen aber höhere Kosten durch die zusätzlich notwendige Mechanik. Es liegt eine "weichere" (elastischere) Konstruktion vor. Es liegt ein größerer Einsatzbereich als beim konventionellen 3-Walzen Glättwerk vor, jedoch auch bei diesem Glättwerk gibt es aufgrund der geometrischen Gegebenheiten eine Beschränkung des Einsatzbereiches.

Bekannt sind noch Bandglättwerke, bestehend aus 2 gegenüberliegenden Bändern, bei denen die Folie aus der Schlitzdüse in einen Spalt läuft, der von zwei umlaufenden gegenüberliegenden parallel laufenden Bändern gebildet wird, zwischen den beiden Bändern geglättet und beidseitig symmetrisch abgekühlt wird. Die Folie ist beidseitig geglättet und spannungsarm.

Die Problematik bei diesem System liegt darin, dass das Bandglättwerk nur für einen sehr engen Arbeitsbereich ausgelegt werden kann. Eine Änderung der Ausstoßleistung ist aufgrund der mechanischen Gegebenheiten nicht möglich. Aufgrund der technischen Möglichkeiten ist die Breite eines Bandglättwerks beschränkt und die Fertigung breiter Bänder mit hoher Oberflächenqualität hoher Planlage ist schwierig und teuer. Die abzuführende Wärmemenge steigt proportional zur Breite des Bandes. Die für die Verrohrung zur Verfügung stehenden Seitenflächen sind konstant, somit wird die Führung des Bandes und die Aufnahme der Spaltkräfte mit der Breite des Bandes überproportional schwieriger (Biegebalken). Weiterhin wird das Spannen des Bandes mit der Breite überproportional schwieriger - Durchbiegung der Umlenkwalze. Eine Reduzierung der Folienbreite (Deckling) ist nicht möglich. Das System verschleißt aufgrund der notwendigen Gleitflächen zur Bandführung und zur Aufnahme der Spaltkräfte sehr schnell.

Diese Vorrichtungen lassen sich kombinieren, so dass ein 3-Walzenglättwerk und Bandglättwerk, bestehend aus 1 Glättwalze, 2 Kühlwalzen und ein oder 2 Bändern, die an der Umfangsfläche der Kühlwalzen die Folie auf der jeweils außen liegenden Seite kühlen, entsteht.

Auch hier läuft die Folie aus der Schlitzdüse in den Spalt zwischen der Glättwalze und der ersten Kühlwalze - wird dort geglättet. Dann läuft sie weiter auf dem Umfang der zweiten Walze (erste Kühlwalze) - Kühlung der ersten Seite der Folie - gleichzeitig wird die Folie durch das an der Außenseite der Folie anliegende Band auf der anderen Folienseite weiter geglättet und gekühlt. Sie läuft in den 2. Spalt zwischen der zweiten Walze und der dritten Walze - wird dort u. U. noch einmal geglättet und läuft dann auf dem Umfang der dritten Walze (zweite Kühlwalze) - Kühlung der zweiten Seite der Folie - gleichzeitig auch hier die Kühlung und Glättung der Außenseite der Folie durch das anliegende Band.

Die Führung der Bänder parallel zum Umfang der Walzen ist schwieriger als eine gerade Führung, da zusätzlich zu den Problemen einer präzisen Fertigung der Bänder auch die Durchmesseränderungen der Walze in Abhängigkeit von der Temperatur berücksichtigt werden müssen. Bedingt durch die Probleme bei der Fertigung und dem Betrieb der Bänder ist auch hier die Bandbreite beschränkt. Die Auslegung des Glättwerks erfolgt auf einen bestimmten Durchsatz- und/oder Produktbereich und ist später nur mit hohem Aufwand zu ändern oder zu korrigieren. Eine Steigerung der Ausstoßleistung ist nur bedingt möglich. Eine hohe Abkühlgeschwindigkeit der Folie und damit eine gewünschte hohe Transparenz der Folie wird auch hier nur in einem engen Arbeitspunkt erreicht.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzubieten, bei dem die oben beschriebenen Nachteile vermieden werden, insbesondere eine hohe Abkühlgeschwindigkeit erreichbar ist.

Die Lösung der vorrichtungsgemässen Aufgabe ist in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 1 dadurch gekennzeichnet, dass die nachgeschaltete Kühlstrecke aus hintereinander angeordneten Walzenpaaren besteht. Somit kann die Folie über eine längere Strecke gekühlt und geformt werden.

Vorteilhafterweise sind mehrere Walzenpaare zu Modulen zusammengefasst. Bevorzugt werden Module bestehend aus 6 oder 4 Walzenpaaren.

Weiterbildungsgemäß sind die Walzen der Walzenpaare und/oder die Walzenpaare selbst zueinander verstellbar. Durch diese Ausführungsform ist es möglich, der Folie einen individuellen Durchlauf durch die angeordneten Walzen zu verschaffen, womit beispielsweise auch eine angepasste Kühlung erreicht werden kann. Die Walzen sind einzeln oder zusammen antreibbar, womit der Durchlauf der Folie begünstigt wird.

Vorteilhafterweise sind die Walzen temperiert. Dies kann durch eine innere Medienkühlung mittels Wasser, Luft, Gas oder Öl erreicht werden.

Einen weiteren Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung bietet die Möglichkeit, die einzelnen Walzen mit gleicher oder unterschiedlicher Oberflächengüte auszuführen, was beispielsweise für die ersten vier Walzenpaare genutzt werden könnte.

Die zu Modulen zusammengefassten Walzenpaare sind relativ zur Kalibrierung in Extrusionsrichtung verstellbar. Sie können aber auch relativ zu Kalibrierung senkrecht zur Extrusionsrichtung verstellt werden. Die so aneinanderreihbaren Module können beliebig fortgesetzt werden, je nach Anforderung in der Extrusionslinie.

Als Führung für die Walzen wird eine Schere oder Linearführungen vorgeschlagen. Zur Verstellung der Walzen, was bevorzugt symmetrisch sein soll, oder auch zur Verstellung der Module werden Pneumatikzylinder, Hydraulikzylinder oder Spindeln vorgeschlagen. Zum Aufbringen von Spaltkräften, beispielsweise zwischen einer Kalibrierwalze und der ersten Kühlwalze, werden die Walzen mit verstärkter Lagerung ausgeführt.

Die Lösung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 11 dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlstrecke aus mehreren verstellbaren Walzen besteht, wobei die Walzen derart angeordnet werden, dass die Abkühlung der Folie in jedem Arbeitspunkt der Extrusionslage weitgehend der theoretischen Wärmeleitfähigkeit der Folie entspricht. Mit diesem Verfahren wird somit eine hohe Abkühlgeschwindigkeit erreicht, da die Anordnung der Walzen individuell auf die zu fertigende Folie angepasst werden kann.

In den Zeichnungen ist schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung gezeigt.

Fig. 1
zeigt die Vorrichtung für einen direkten Durchlauf,
Fig. 2
für einen Umlauf
Fig. 3
einen annähernden Durchlauf
Fig. 4
als Anreihung der Walzen und
Fig. 5
ein Beispiel der Verstellung

Figur 1 zeigt die beiden Kühl- oder Kalibrierwalzen 1, in dessen Spalt die Folie aus einer nicht dargestellten Schlitzdüse eingebracht wird. Die Kühlstrecke 7 besteht aus mehreren Walzenpaaren 2, 3, 4, wobei mehrere Walzenpaare zu einem Modul 6 zusammengefasst sind. Die Anordnung der Walzenpaare ist so gewählt, dass die Folie 5 einen durchlaufenden Walzenspalt bildet.

Im Gegensatz hierzu ist in Figur 2 die Anordnung der Walzenpaare versetzt gewählt. Die Kühlstrecke 7 wird somit länger. Die Folie 5 kann nun über diese Anordnung der Walzenpaare so durchgeführt werden, dass sie quasi sämtliche Walzen umläuft oder, wie in Figur 3 dargestellt, nur zwischen den Walzen durchläuft. In beiden Figuren 2 und 3 sind wieder die zwei Kühl-/Kalibrierwalzen 1 zu sehen, von wo aus die Folie 5 über die als Modul 6 zusammengefassten Walzen 2, 3, 4 durch die Kühlstrecke 7 geführt wird.

Eine andere Anordnung der Kühlstrecke ist in Figur 4 gezeigt. Den Kühl-/Kalibrierwalzen 1 ist die Kühlstrecke 7 nachgeschaltet, wobei die Walzenpaare zu einem Modul 6 zusammengefasst sind. Die Folie 5 wird vom Spalt zwischen den Kühl- und Kalibrierwalzen 1 um die Walzen 2, 3, 4 usw. durchgeführt. Die Folie umschlingt quasi die Walzen. Wird eine weitergehende Temperaturbeeinflussung der Folie benötigt, beispielsweise Zeit zum Temperaturausgleich zwischen zwei Walzen, können jeweils zwei aufeinander folgende Walzen weiter auseinander gefahren werden wie dies in Figur 5 dargestellt wird. Figur 5 a unterscheidet sich zu Figur 5 b dadurch, dass die unten liegenden Walzenpaare enger aneinander liegen.

Es ist somit gezeigt, dass die Folie aus der Schlitzdüse in den Spalt zwischen zwei Glättwalzen laufen kann, wo sie geglättet wird. Die Folie läuft weiter in der Vorrichtung, in der Walzenpaare hintereinander angeordnet sind. Die Walzen sind zueinander derart verstellbar, dass alle Walzenanordnungen vom quasi Durchlaufen durch die Walzenspalte bis zum quasi Umlaufen der Walzen, wechselweise mit oder ohne Temperierstrecke, in allen Kombinationen möglich ist. Die Walzen sind optimalerweise in Modulen angeordnet, wobei vier Paare oder sechs Paare bevorzugt werden. Diese Module sind relativ zu den Glättwalzen verschiebbar, so dass die Anordnung der Walzen zueinander (obere zu untere Walzenreihe) und relativ zu den Kalibrierwalzen während des Betriebs veränderbar ist.

Dies hat den Vorteil, dass die Temperaturführung der Folie sich durch die unterschiedliche Kühlwalzenanordnung so gestalten lässt, dass die Abkühlung der Folie in fast jedem Arbeitspunkt der Extrusionsanlage der theoretischen Wärmeleitfähigkeit der Folie entspricht. Es ist somit eine schnellstmögliche Abkühlung möglich, die eine hohe Transparenz der Folie erreicht, da die Kristallisation sehr gut beeinflussbar ist. Die geringe Biegung der Folie, bedingt durch geringere innere Spannungen, legt eine bessere Planlage vor und somit eine bessere Qualität der Folie. Die Folie wird symmetrisch abgekühlt, womit u.U. der vorhandene leichte Versatz zweier Walzen eines Paares gegenüber der Anordnung mit zwei großen Kühlwalzen vernachlässigt werden kann. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die Kühlstrecke aus bewährten und preiswerten Standardelementen (Kühlwalzen) zusammengesetzt werden kann. Eine Anpassung an eine höhere Ausstoßleistung der Anlage kann leicht durch Aneinanderreihen von mehreren Modulen erfolgen und muss nicht über die Verbreiterung der Anlage erreicht werden.

Bezugszeichenliste:

1
Kühl-/Kalibrierwalze
2
erstes Walzenpaar
3
zweites Walzenpaar
4
drittes Walzenpaar
5
Folie
6
Modul aus Walzenpaaren
7
Kühlstrecke


Anspruch[de]
  1. Vorrichtung zum Kalibrieren und Kühlen einer Kunststofffolie oder Kunststoffplatte, die aus mindestens

       zwei Kühl- oder Kalibrierwalzen (1) besteht,

       wobei den Walzen eine Kühlstrecke (7) nachgeschaltet ist,

    dadurch gekennzeichnet, dass

       die nachgeschaltete Kühlstrecke (7) aus hintereinander angeordneten Walzenpaaren (2, 3, 4) besteht.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzenpaare (2, 3, 4) zu Modulen (6) zusammen gefaßt sind.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzen der Walzenpaare (2, 3, 4) und/oder die Walzenpaare (2, 3, 4) zueinander verstellbar sind.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzen einzeln oder zusammen antreibbar sind.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzen temperiert sind.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzen innen mediengekühlt sind.
  7. Vorrichtung nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzen mit gleicher Oberflächengüte ausgeführt sind.
  8. Vorrichtung nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzen mit unterschiedlicher Oberflächengüte ausgeführt sind.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Module (6) in Extrusionsrichtung verstellbar sind.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Module (6) senkrecht zur Extrusionsrichtung verstellbar sind.
  11. Verfahren zum Kalibrieren und Kühlen von Kunststofffolie oder Kunststoffplatten, das die Schritte umfasst:
    • a) Einbringen einer aus einer Schlitzdüse kommenden Folie in den Spalt zwischen zwei Kühl- oder Kalibrierwalzen (1),
    • b) Glätten der Folie (5) zwischen den zwei Kühl- oder Kalibrierwalzen (1),
    • c) Kühlen der Folie (5) in einer Kühlstrecke (7)
    dadurch gekennzeichnet, dass

       die Kühlstrecke (7) aus mehren verstellbaren Walzen besteht,

       wobei die Walzen derart angeordnet werden, dass die Abkühlung der Folie (5) in jedem Arbeitspunkt der Extrusionsanlage weitgehend der theoretischen Wärmeleitfähigkeit der Folie (5) entspricht.






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