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Dokumentenidentifikation DE102006005593A1 06.09.2007
Titel Glättwalze mit Kalander
Anmelder Rolltec GmbH, 47807 Krefeld, DE;
Klaus Mathieu GmbH Eloxal Hartchrom, 66740 Saarlouis, DE
Erfinder Kahles, Gregor, 47807 Krefeld, DE
DE-Anmeldedatum 07.02.2006
DE-Aktenzeichen 102006005593
Offenlegungstag 06.09.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.09.2007
IPC-Hauptklasse F16C 13/00(2006.01)A, F, I, 20060207, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B29C 43/24(2006.01)A, L, I, 20060207, B, H, DE   D21G 1/02(2006.01)A, L, I, 20060207, B, H, DE   D06C 15/08(2006.01)A, L, I, 20060207, B, H, DE   
Zusammenfassung Eine Glättwalze umfasst einen Walzenkörper, der ein Außenrohr (7) mit einer harten äußeren Schicht (17) und ggf. ein Innenrohr (6) aufweist, wobei zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr (7) mindestens eine Kammer (8) für Temperiermittel gebildet ist. Das Außenrohr (7) ist aus einem ungehärteten Stahl oder Kupfer gebildet. Die harte äußere Schicht (17) besteht aus einer galvanisch aufgebrachten Schicht aus Nickel und eingelagerten Metalloxyden.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Glättwalze gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 2 und einen Kalander gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9. Beispielsweise Vorrichtungen zur Herstellung dünner Kunststofffolien, die für Trinkbehälter aus Papier eingesetzt werden, weisen Kalander mit zwei oder drei Glättwalzen auf.

Walzen zum kontinuierlichen Bearbeiten einer Warenbahn, insbesondere gravierte Walzen oder polierte Glattwalzen, sind in der DE 100 02 637 A1 beschrieben. Die Walzen weisen einen Walzenkern aus Metall und/oder Kunststoff auf, dessen äußere Oberfläche mit einer Beschichtung versehen ist. Die Beschichtung umfasst eine metallische Matrix mit einem in die Matrix eingebetteten Kunststoff. Die metallische Matrix kann neben einem Metall und/oder Metalloxid, z.B. neben Nickel, Phosphor enthalten. Die Dicke der Beschichtung beträgt 2 bis 100 &mgr;m und ihre Härte nach Vickers HV0,05 600 bis 1200. Die Schicht wird außenstromlos aufgetragen, wodurch die maximale Dicke der Schicht begrenzt ist. Zur Erzielung der angegebenen Härten ist eine thermische Behandlung der Schicht bei 200 bis 600 °C durchzuführen. Derartige Walzen werden bei der Herstellung und/oder bei der Bearbeitung von Vliesstoffen, Hygienepapieren, Hygienefolien, Dekorbahnen, Servietten, Papierlagen und/oder Dämmstoffplatten eingesetzt.

Aus der DE 691 00 405 T2 ist eine Rasterwalze bekannt, die eine äußere galvanisch abgeschiedene Metallschicht mit einem Muster von Vertiefungen aufweist. Diese Schicht weist neben dotiertem Nickel Phosphor auf und besitzt eine Dicke von 0,1 bis 2,5 mm sowie eine Härte von mindestens 250 HV. Sie ist mit einer dünnen Schicht aus verschleißfestem Material, wie Hartnickel, beschichtet. Die Dicke dieser Beschichtung beträgt 5 bis 50 &mgr;m. Die Rasterwalzen werden z.B. als Druckwalzen eingesetzt.

Zur Herstellung dünner Kunststofffolien für die Verpackungsindustrie werden Glättwalzen mit einer äußeren Schicht, die eine Dicke von mindesten etwa 2 mm und eine Härte von mindestens etwa 600 HV aufweist, benötigt. Die Schicht benötigt außerdem eine gewisse Duktilität, weil sich Glättwalzen bei der Herstellung von Kunststofffolien etwas durchbiegen. Eine Nickelschicht mit Phosphor mit einer größeren Härte ist spröde und nicht als äußere Schicht für Glättwalzen geeignet.

Den Anmeldern sind Glättwalzen bekannt, die einen Walzenkörper mit einem mit einem Außenrohr mit einer harten äußeren Schicht aufweisen. Den Anmeldern sind ferner temperierbare Glättwalzen bekannt, deren Walzenkörper zusätzlich mit einem Innenrohr versehen sind. Zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr sind eine oder mehrere Kammern gebildet, durch die Temperiermittel, d.h. Heiz- oder Kühlmittel, geleitet wird.

Zur Erzielung einer harten äußeren Schicht kann als Außenrohr ein Stahlrohr verwendet werden, das in seiner äußeren Schicht aufgekohlt und induktiv- oder flammgehärtet ist. Die erreichbare Schichtdicke der Aufkohlung beträgt 3 bis 3,6 mm und die des gehärteten Bereiches 2 bis 3 mm. Bei dieser Herstellung einer harten äußeren Schicht ist es problematisch, dass das Außenrohr beim Aufkohlen und/oder anschließendem Härten sich verziehen, einfallen oder unrund werden kann. Ein Überdrehen des Außenrohrs kann erforderlich sein. Die Härte ist über die Oberfläche des Außenrohres nicht konstant und fällt nach wenigen Millimetern ab. D. h. die äußere Schicht kann große Härteschwankungen aufweisen.

Es kann auch ein Rohr aus einem Chrom-Molybdän-Stahl verwendet werden, das in seiner äußeren Schicht induktiv- oder flammgehärtet ist. Die erreichbare Schichtdicke des gehärteten Bereichs beträgt bis zu 5 mm. Die Härte fällt weniger stark ab und ist auf der gesamten Oberfläche verhältnismäßig konstant. Allerdings muss ein solches Außenrohr aus Vollmaterial ausgebohrt werden, was zu einem enormen Fertigungsaufwand führt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Glättwalze gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 2 und einen Kalander gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9 zu entwickeln, wobei das Außenrohr der Glättwalze mit einer möglichst homogenen, harten äußeren Schicht versehen ist. Die Herstellung der Glättwalzen und insbesondere der äußeren Schicht der Außenrohre soll mit geringen Fertigungsaufwand möglich sein.

Die Aufgabe ist durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1, 2 und 9 gelöst.

Eine erfindungsgemäße Glättwalze weist ein Außenrohr aus einem ungehärteten Stahl oder aus Kupfer mit einer galvanisch aufgebrachten, äußeren Schicht aus Nickel und eingelagerten Metalloxiden auf. Das Außenrohr kann z.B. aus einem mit St 52-3 bezeichneten Stahl gefertigt sein. Dabei bilden das Nickel und die Metalloxide eine homogene Schicht großer Härte. Es könne alle möglichen Metalloxide, z.B. Aluminiumoxyde, Siliziumoxyde oder Chromoxyde, eingesetzt werden.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Härte der Schicht kann gemäß Anspruch 3 je nach Auswahl, Größe und Anteil der Metalloxide 600 bis 1000 HV betragen. Vorzugsweise kann die Härte 700 bis 830 HV betragen. Ein mittlerer Wert von 700 HV ist etwas höher als die durch Flamm- oder Induktionshärten erreichbaren mittleren Werte.

Ein besonderer Vorteil erfindungsgemäßer Glättwalzen ist, dass die äußere Schicht über die gesamte Oberfläche des Außenrohrs eine gleichmäßige Härte aufweist. Die Abweichungen der Härte von einer mittleren Härte betragen gemäß Anspruch 4 höchstens +8 HV oder –8 HV, insbesondere höchstens +5 HV oder -5 HV.

Der Durchmesser der eingelagerten Metalloxide kann gemäß Anspruch 5 10 bis 200 nm betragen. Bevorzugt können Metalloxide mit einem Durchmesser von 30 bis 100 nm verwendet werden. Die Verwendung derart feiner Metalloxidpartikel ermöglicht neben einer großen Härte eine besonders homogene und porenfreie Schicht.

Der Anteil der Metalloxide an der Schicht aus Nickel und Metalloxyden kann gemäß Anspruch 6 20 bis 40 Gew.-% betragen. Vorzugsweise kann der Anteil 25 bis 35 Gew.-%, z.B. 30 Gew.-%, betragen.

Gemäß Anspruch 7 kann eine Dicke der Schicht von 0,5 bis 4 mm gewählt werden. Vorzugsweise kann die Dicke 1,5 bis 3 mm, z.B. 2 mm, betragen. Die Schicht kann bei etwas größerer Härte eher eine geringere Dicke aufweisen als die durch Flamm- oder Induktionshärtung erzeugten Schichten.

Zusätzlich kann gemäß Anspruch 8 auf die harte äußere Schicht des Außenrohrs eine Chromschicht aufgebracht sein.

Ein weiterer Vorteil erfindungsgemäßer Glättwalzen ist, dass ihr Außenrohr dünner ausgebildet sein kann. Die Dicke des Außenrohrs kann 8 bis 15 mm betragen.

Erfindungsgemäße Glättwalzen können zur Herstellung von Kunststofffolien von einer Dicke von 10 &mgr;m bis 10 mm verwendet werden. Z.B. können sie zur Herstellung dünner Folien eingesetzt werden, mit denen Papiere oder Pappen für die Verpackung von Getränken beschichtet werden. Die Glättwalzen sind dabei als Kühl- und Glättwalzen ausgebildet.

Bei einem erfindungsgemäßen Kalander mit mindestens zwei Walzen sind gemäß Anspruch 9 die Walzen als Glättwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet. Ein Kalander kann mindesten zwei, übereinander angeordnete, mit Druck beaufschlagbare und temperierbare Glättwalzen aufweisen. Eine bei hoher Temperatur aus der Zufuhrvorrichtung zugeführte, Kunststofffolie kann im Kalander durch die Glättwalzen gekühlt und geglättet werden. Ein solcher Kalander ist besonders zur Herstellung und zum Glätten einer Warenbahn aus Kunststoff, insbesondere einer dünnen Kunststofffolie zum Kaschieren von Getränkeverpackungen, geeignet.

Bei einem Kalander nach Anspruch 10 können drei Glättwalzen vorgesehen sein, die paarweise zwei Glättwerke mit je einem Glättspalt bilden. Eine Zufuhrvorrichtung für eine Warenbahn kann vor dem ersten Glättwerk angeordnet sein, so dass die Warenbahn zunächst durch den ersten Glättspalt und anschließend durch den zweiten Glättspalt geführt ist. Dies ermöglicht eine vollständige Abkühlung und eine sehr gute Glättung der Warenbahn.

Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Beispielen, und zwar anhand einer Glättwalze und anhand eines Kalanders, weiter erläutert.

Es zeigen:

1 einen Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Glättwalze mit einigen Ausschnitten, die einen vertikalen Schnitt zeigen, und

2 eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Kalanders.

Eine erfindungsgemäße Glättwalze umfasst einen Walzenkörper 1 und zwei Zapfen 2, 3 an den Seitenwänden 4, 5 des Walzenkörper 1. Der Walzenkörper 1 weist einen Doppelmantel auf, der durch ein Innenrohr 6 und ein Außenrohr 7 gebildet ist. Im Doppelmantel, und zwar zwischen dem Innenrohr 6 und dem Außenrohr 7, ist mindestens eine Kammer 8 für Temperiermittel gebildet. Auf dem Innenrohr 6 sind vier in Form von Spiralen um das Innenrohr 6 umlaufende Elemente 9 befestigt. Die Elemente 9 erstrecken sich bis zum Außenrohr 7. Die vier Elemente 9 bilden vier Kammern 8, die sich entsprechend zwischen dem Innenrohr 5 und dem Außenrohr 7 spiralförmig erstrecken.

Der Walzenkörper 1 umfasst weiterhin an seinen Seitenwänden 4, 5 jeweils einen inneren Deckel 10 und äußeren Deckel 11. Die inneren Deckel 10 stützen das Innenrohr 6 ab. Die äußeren Deckel 11 sind durch Bleche gebildet. Die inneren Deckel 10 sind über im Bereich der Zapfen 2, 3 ausgebildete Elemente 12 mit den Zapfen 2, 3 verbunden.

Durch den in der 1 linken Zapfen 2 erstreckt sich ein durch gestrichelte Linien dargestellter Zufuhrkanal 13 für das Temperiermittel. Entsprechend erstreckt sich durch den rechten Zapfen 3 ein durch gestrichelte Linien dargestellter Abfuhrkanal 14. Der Abfuhrkanal 14 geht von einem Verteilerelement 15 aus, in das vier von den Kammern 8 ausgehende Verteilerrohre 16 münden. In 1 nicht zu sehen ist, dass auch der Zufuhrkanal 13 in ein Verteilerelement mündet, von dem vier, in die Kammern 8 mündende Verteilerrohre ausgehen.

Das Außenrohr 5 ist mit einer harten äußeren Schicht 17 versehen. Das Außenrohr 5 besteht aus einem ungehärteten Stahl, z.B. aus einem mit St 52-3 bezeichneten Stahl, und die harte äußere Schicht 17 aus einer galvanisch aufgebrachte Schicht aus Nickel und eingelagerten Metalloxyden. Die Schicht 17 weist eine Härte von 700 HV auf. Die Abweichungen der Härte von der mittleren Härte 700 HV betragen höchstens 5 HV. Der Durchmesser der eingelagerten Metalloxide beträgt 30 bis 100 nm und ihr Anteil 30 Gew.-%. Die Schicht 17 hat eine Dicke von 2 mm und ist außen mit einer Chromschicht versehen.

Die Dicke des Außenrohrs beträgt 14 mm. Zur Vermeidung von Wärmebrücken sind die als Spiralen ausgebildeten Elemente 9 dünn ausgebildet, z.B. mit einer Dichte von 2 bis 4 mm.

Ein erfindungsgemäßer Kalander zum Glätten einer Warenbahn 20 aus Kunststoff, insbesondere einer Kunststofffolie, weist drei dieser erfindungsgemäßen Glättwalzen 21, 22, 23 auf. Die drei Glättwalzen 21, 22, 23 befinden sich jeweils in einem Winkel von etwa 45° übereinander. Sie sind paarweise mit Druck beaufschlagbar angeordnet, so dass zwei Glättwerke mit zwei Glättspalten 24, 25 zwischen den Glättwalzen 21, 22, 23 gebildet sind. Der Kalander umfasst weiterhin eine Zufuhrvorrichtung 26 für die Warenbahn 20, und zwar eine Vorrichtung zur Extrusion der Kunststofffolie, die vor dem ersten Glättspalt 24 zwischen der ersten, oberen Glättwalze 21 und der zweiten, d.h. der nächsten unteren, Glättwalze 22 mündet, sowie eine auf der in der 2 linken Seite der untersten Glättwalze 23 angeordnete Umlenkrolle 27. Der Durchmesser der oberen Glättwalze 21 ist etwa kleiner als der der beiden, gleich großen unteren Glättwalzen 22, 23.

Der Verlauf der Warenbahn 20 ist ausgehend von der Zufuhrvorrichtung 26 durch den ersten Glättspalt 24 um die zweite Glättwalze 22, durch den zweiten Glättspalt 25 zwischen der zweiten und der dritten Glättwalze 22, 23, um die dritte Glättwalze 23 und über die Umlenkrolle 27 aus dem Kalander.

Die Glättwalzen 21, 22, 23 sind an eine Temperiervorrichtung für das Temperiermittel angeschlossen. Das Temperiermittel wird in der Temperiervorrichtung erwärmt oder gekühlt, durch die Zufuhrkanäle 13 den Glättwalzen 21, 22, 23 zugeführt, durch die Abfuhrkanäle 14 abgeführt und ggf. zur Temperiervorrichtung zurückgeführt. In diesem Beispiel wird als Temperiermittel ein Kühlmittel, z.B. Wasser, eingesetzt.

Die Warenbahn 20 wird gebildet, indem sie als zähflüssige Kunststofffolie bei einer Temperatur von 200 bis 320 °C, z.B. 290 °C, extrudiert wird und in den ersten Glättspalt 24 geführt wird. Da die Glättwalzen 21, 22, 23, z.B. auf eine Temperatur von 15 °C gekühlt sind, wird die Warenbahn 20 durch Kontakt mit den Glättwalzen 21, 22, 23 abgekühlt und in den Glättspalten 24, 25 der Glättwerke geglättet.

In einer alternativen Ausführungsform können die Glättwalzen 21, 22, 23 Außenrohre 7 aus Kupfer aufweisen. Die Anzahl der als Spiralen ausgebildeten Elemente 9 kann an die gewünschte Wärmeabfuhr angepasst werden, sie kann z.B. bei höherer Wärmeabfuhr erhöht sein.

Der Druck in den Glättspalten 24, 25 wird je nach Anwendungsfall zwischen 100 N/cm und 1500 N/cm eingestellt.

1
Walzenkörper
2
Zapfen
3
Zapfen
4
Seitenwand
5
Seitenwand
6
Innenrohr
7
Außenrohr
8
Kammer
9
Element
10
Innerer Deckel
11
Äußerer Deckel
12
Element
13
Zufuhrkanal
14
Abfuhrkanal
15
Verteilerelement
16
Verteilerrohr
17
Schicht
20
Warenbahn
21
Walze
22
Walze
23
Walze
24
Glättspalt
25
Glättspalt
26
Zufuhrvorrichtung
27
Umlenkrolle


Anspruch[de]
Glättwalze mit einem Walzenkörper, der ein Außenrohr mit einer harten äußeren Schicht aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenrohr (7) aus einem ungehärteten Stahl oder aus Kupfer und die harte äußere Schicht (17) aus einer galvanisch aufgebrachte Schicht aus Nickel und eingelagerten Metalloxyden bestehen. Glättwalze mit einem Walzenkörper, der ein Innenrohr und ein Außenrohr mit einer harten äußeren Schicht aufweist, wobei zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr mindestens eine Kammer für Temperiermittel gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenrohr (7) aus einem ungehärteten Stahl und die harte äußere Schicht (17) aus einer galvanisch aufgebrachte Schicht aus Nickel und eingelagerten Metalloxyden bestehen. Glättwalze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (17) eine Härte von 600 bis 1000 HV, insbesondere eine Härte von 700 bis 830 HV, aufweist. Glättwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichungen der Härte von einer mittleren Härte kleiner oder gleich 8 HV, insbesondere 5 HV sind. Glättwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Schicht (17) eingelagerten Metalloxyde einen Durchmesser von 10 bis 200 nm, insbesondere von 30 bis 100 nm, aufweisen. Glättwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der Metalloxyde in der Schicht (17) aus Nickel und Metalloxyden 20 bis 40 Gew.-%, insbesondere zu 25 bis 35 Gew.-%, beträgt. Glättwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (17) eine Dicke von 0,5 bis 4 mm, insbesondere 1,5 bis 3 mm, aufweist. Glättwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenrohr (7) auf der harten äußeren Schicht eine Chromschicht aufweist. Kalander mit mindestens zwei übereinander und mit Druck beaufschlagbar angeordneten, temperierbaren Walzen, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzen als Glättwalzen (21, 22, 23) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgebildet sind. Kalander nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass drei Glättwalzen (21, 22, 23) vorgesehen sind, wobei paarweise zwischen den drei Glättwalzen (21, 22, 23) zwei Glättwerke mit Glättspalten (24, 25) gebildet sind, wobei eine Zufuhrvorrichtung (26) für eine Warenbahn (20) vor einem ersten Glättspalt (24) angeordnet ist und wobei die Warenbahn (20) zunächst durch den ersten Glättspalt (24) und anschließend durch den zweiten Glättspalt (25) geführt ist.






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