Die Erfindung betrifft einen Kalander für die Herstellung und/oder Bearbeitung dünner Folien.

Zur Herstellung von Kunststofffolien ist es bekannt, das extrudierte, fließfähige Kunststoffmaterial mittels einer Breitschlitzdüse einem von den Arbeitsumfängen zweier Walzen gebildeten Arbeitsspalt zuzuführen. Hierbei ist zumindest einer der Walzenmäntel der beiden Walzen gekühlt, so dass das pastöse Kunststoffmaterial beim Durchlauf durch den Walzenspalt zu einer Folie geformt und durch ausreichende Wärmeabgabe verfestigt wird. Der Walzenspalt bestimmt dabei die Dicke der heraustretenden Folie.

Um die Produktionsraten zu erhöhen, geht bei derartigen Folienkalandern der Trend zu größeren Walzenlängen, um so breitere Folienbahnen herstellen zu können.

Darüber hinaus werden Folienmaterialien mit zunehmend höheren Härten entwickelt.

Resultat der obigen Trends ist es, dass die den Walzenspalt begrenzenden Walzenmäntel während des Herstellungs- bzw. Bearbeitungsvorganges der Folie zunehmend zu Verformungen neigen. Hierbei kommt es einerseits zu einer Biegebeanspruchung der beiden Walzen dahingehend, dass sich die Walzen in ihrem Mittenbereich auseinander biegen, so dass eine kalandrierte Folie nach Durchlauf des Walzenspalts in der Mitte eine größere Dicke als am Rand aufweist. Weist die Biegelinie der Walze dabei einen von einer Parabel abweichenden Verlauf auf, so sei dies kurz mit Biegelinienfehler bezeichnet. Ferner kommt es dann, wenn der Arbeitsumfang der Walzen von dünnwandigen Walzenmänteln gebildet wird, zur Schalenverformung, d.h. zu einer Abweichung des Querschnitts der Walze von der kreisrunden Form im Bereich des Walzenspalts. Auch diese Verformung kann den Herstellungs- bzw. Bearbeitungsvorgang negativ beeinflussen, da der Walzenspalt auf Seiten der verformten Walze nicht mehr linienförmig, sondern flächig begrenzt ist. Das Resultat sämtlicher Fehler bzw. Verfomungen während der Herstellung und/oder Bearbeitung, die sich in der Folie niederschlagen, ist der Profilfehler des Kalanders.

Aus der DE 20 2004 010 222 U1 ist ein Kalander für die Herstellung/oder Bearbeitung dünner Folien bekannt, bei dem die den Walzenspalt begrenzenden Walzen jeweils eine drehbar gelagerte Achse aufweisen. Auf dieser Achse ist ein drehfest abgestützter, von einem Wärmetauschmedium durchström barer Doppelmantel vorgesehen. Er umfasst einen Innenmantel, eine außenseitig darauf angebrachte innere Stützstruktur und einen auf dieser angebrachten Außenmantel, dessen Außenumfang den Arbeitsumfang der jeweiligen Walze bildet/

Zur Vermeidung des Auseinanderbiegens der beiden Walzen im Mittelbereich ist der Innenmantel mittig zwischen den äußeren Randbereichen der Achse auf der Achse abgestützt und der Außenmantel so ausgebildet, dass an den äußeren Randbereichen zwischen der Achse und dem Doppelmantel ein im unbelasteten Zustand umfangsmäßig umlaufender Spalt vorgesehen ist.

Hierdurch soll erreicht werden, dass die Walzenmitte nicht die Stelle mit der größten Spaltabweichung ist, sondern die Stelle mit der kleinsten Spaltabweichung bei mittiger Abstützung oder aber zumindest einer gegenüber üblichen Walzen sehr stark verringerten Spaltabweichung.

Mit diesem Kalander ist eine Korrektur des Prόfilfehlers nur für einen begrenzten, während der Herstellung und/oder der Bearbeitung der Folie in dem Walzenspalt herrschenden Linienkraftbereich möglich, da außerhalb dieses Bereiches eine im Sinne eines über die Länge konstanten Walzenspalts kompensatorische Durchbiegung von der Achse und dem Doppelmantel einer jeden Walze wegen der unterschiedlichen Biegecharakteristiken nicht gewährleistet ist. Ferner ist ein derartige Walzen aufweisender Kalander aufgrund der Walzenkonstruktion sehr aufwändig in seiner Herstellung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einen Kalander für die Herstellung und/oder Bearbeitung dünner Folien - auch „Folienkalander" genannt - zu schaffen, bei dem der Profilfehler reduziert ist und der sogleich zur Erzeugung von Linienkräften im Walzenspalt in einem großen Kräftebereich geeignet ist, ohne dass es zu einem nicht tolerierbaren Profilfehiem kommt.

Diese Aufgabe wird durch den in Anspruch 1 wiedergegebenen Folienkalander gelöst. Er umfasst erfindungsgemäß zwei rotierbar an einem Gestell gelagerte Walzen, die jeweils den arbeitenden Walzenumfang bildende, zylindrische Walzenkörper umfassen,

wobei die beiden Walzenumfänge zwischen sich einen Walzenspalt bilden. Zumindest die eine Walze ist derart ausgestaltet, dass ihr Walzenkörper mittels eines Wärmetauschmediums kühlbar ist, um so die Erstarrung der Folie beim Durchtritt durch den Walzenspalt und eine Fixierung der Folie sicher zu stellen. Ferner ist der Walzenkörper dieser Walze hohlzylindrisch ausgebildet und umfasst einen Träger, der an einem Ende aus dem Walzenkörper herausgeführt und an dem Gestell drehfest sowie in dem Walzenkörper eine Rotation desselben um die Walzenachse erlaubend rotierbar auf einem Querhaupt gelagert ist. Die Lagerung auf dem Querhaupt erfolgt in Längsrichtung gesehen zwischen den zwei Lagerstellen der Walze an dem Gestell. Durch diese Maßnahme zeichnet sich die Walze durch eine besonders kompakte Bauweise, wie sie für die Verwendung in Folienkalandern erforderlich ist, aus. Aufgrund der Lagerung des Querhaupts in dem Walzenmantel in Längsrichtung mit Abstand von der Lagerung der Walze in dem Gestell weist der Walzenspalt unter Belastung unter der Annahme, dass sich die Gegenwalze nicht verformt, ein M-Profil auf, wie es an einem Beispiel in Fig. 1 dargestellt ist. Um der Ausbildung dieses unerwünschten Profils entgegen zu wirken, weist die Walze erfindungsgemäß des Weiteren Mittel zur Korrektur von im Betrieb des Kalanders auftretenden Profilfehlern auf.

Versuche haben gezeigt, dass mit einer derart ausgestalteten Walze Linienkräfte, wie sie bei Folienkalandern zu erwarten sind, mit minimalem Profilfehler im Walzenspalt erzeugt werden können.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kalanders sind Anschlussmittel zum Zu- und Abführen des Wärmetauschmediums an demjenigen Endbereich, der Walze angeordnet, der dem Ende, aus dem das Querhaupt aus dem Walzenkörper herausgeführt ist, gegenüber liegt. Durch diese Maßnahme wird eine besonders kompakte Bauweise der Walze verwirklicht.

Die Mittel zurr Korrektur des Profilfehlers können mindestens eine an dem Querhaupt vorgesehene Druckkammer aufweisen, in die ein Druckmedium einleitbar ist, das mit zumindest einer Kraftkomponente in der durch die beiden Walzenlängsachsen aufgespannten Wirkebene zum Walzenspalt hin von innen auf den Walzenkörper wirkt. Diese an sich aus der DE-AS 1 243 965 von ungekühlten, einem anderen Zweck dienenden Walzen bekannte Maßnahme führt zu einer Reduzierung der Durchbiegung des Walzenkörpers. Durch Schalenverformung und/oder durch Biegelinienfehler der Walze(n) bedingte Profilfehler können mit dieser Walze nicht reduziert werden. Dies ist

auch nicht nötig, da sie einen Gummimantel umfasst, der die Auswirkungen dieser Profilfehler verringert.

Besonders bevorzugt ist es, wenn in der Druckkammer Mittel zum Variieren des Druckes in Walzenlängsrichtung vorgesehen sind. Diese Weiterbildung der erfindungsgemäßen Walze ist insbesondere dann von Vorteil, wenn es sich um Walzen handelt, bei denen ein besonders großer Biegelinienfehler zu erwarten ist. Versuche haben gezeigt, dass dies insbesondere Walzen sind, die eine Länge von > 140 cm aufweisen.

Die Mittel zur Korrektur des Biegelinienfehlers können eine Mehrzahl von in Längsrichtung der Walze angeordneter, auf den Innenumfang des Walzenmantels wirkende hydraulische Stützelemente, wie sie für sich genommen beispielsweise aus der EP 0 772 715 Bl bekannt sind, umfassen.

Die vorstehende Variante der Erfindung ist auch daher besonders bevorzugt, da Versuche gezeigt haben, dass es in den meisten Anwendungsfällen zur Erzielung einer ausreichend konstanten Breite des Bearbeitungsspaltes über die Walzenlänge ausreicht, die Stützelemente wahlweise mit zwei unterschiedlichen Drucken zu beaufschlagen. Mit dem höheren Druck werden die Stützelemente beaufschlagt, die an den Stellen bezogen auf die Längsrichtung des Walzenspaltes angeordnet sind, in denen die Folie nach der Herstellung bzw. Bearbeitung eine größere Dicke aufweist.

Besonders bevorzugt ist eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kalanders, bei der zumindest eine der Walzen thermisch und/oder mechanisch auf die Randbereiche des Walzenmantels wirkende Mittel zur Korrektur des Biegelinienfehlers in den Randbereichen umfasst.

Des Weiteren ist eine Ausführungsform besonders bevorzugt, bei der zumindest die eine Walze periphere Bohrungen zum Durchleiten des Wärmeträgermediums umfasst. Die Abfuhr der Wärme dicht unterhalb der Oberfläche des Walzenmantels, die von der Folie an die Walze abgegeben wird, führt dazu, dass die Aufheizung des Walzenmantels begrenzt ist, wodurch eine Ausbildung thermisch induzierter Rundlauffehler entgegen gewirkt wird.

Um die Montage und die Wartung der einen Walze zu vereinfachen, ist diese vorzugsweise derart mehrteilig ausgebildet, dass das Querhaupt wählweise dem

Walzenkörper entnommen und wieder eingesetzt werden kann. Konstruktiv kann diese Maßnahme dadurch bewirkt werden, dass an den Enden des hohlzylindrischen Walzenkörpers zumindest ein verschraubbarer, den Walzenzapfen bildender Flansch vorgesehen ist, der nach dem Lösen den gesamten Innenquerschnitt des 5 Walzenkörpers frei gibt.

Zur weiteren Reduzierung des Profilfehlers kann zumindest eine der beiden Walzen einen Korrekturschliff zur Reduzierung des Biegelinienfehlers umfassen. Sollte die kalandrierte Folie beispielsweise das in Fig. 1 dargestellte Dickenprofil über ihre Breite 10 aufweisen, so wären die Randbereiche und der Mittelbereich zumindest einer der beiden Walze im Sinne einer Durchmesserreduzierung zu schleifen.

Darüber hinaus ist es möglich, eine weitere Korrektur des Profilfehlers zu erzielen, in dem die Nachgiebigkeit der anderen Walze an den Biegelinienverlauf der einen Walze 15 angepasst wird.

Konstruktiv kann dies dadurch umgesetzt werden, dass die Wandstärke des Walzenmantels an Stellen, an denen die Folie eine reduzierte Dicke aufweist (Rand- und Mittenbereiche in Fig. 1) verringert wird. 20

Der Walzenumfang des Walzenmantels kann gehärtet sein, um die Verschleißfestigkeit der Walze zu erhöhen. Zur Reduzierung der Oberflächenrauhigkeit kann er beispielsweise mit einer Chromschicht versehen sein.

25. Um den Kalander an unterschiedliche Herstellungs- und Bearbeitungsanforderungen anpassen zu können, sind vorzugsweise Mittel zum Einstellen des Walzenspalts vorgesehen.

In einer bevorzugten konstruktiven Variante weisen diese Mittel zwischen den 30 Lagerstellen der beiden Walzen wirkende Längsversteller auf.

Diese Längsversteller können jeweils mindestens zwei Keilelemente umfassen, von denen zumindest eines quer zu den Walzenachsen verlagerbar ist.

35 In der Zeichnung ist ein mögliches Dickenprofil einer Folie sowie ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kalanders schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 das Dickenprofil einer Folie quer zur Laufrichtung bei nicht ausreichender Korrektur des Biegelinienfehlers, wobei senkrecht die Foliendicke und waagerecht die Folienbreite dargestellt ist;

Fig. 2 ein Walzenpaar eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kalanders im Längsschnitt;

Fig. 3 dasselbe Walzenpaar in Ansicht des Querschnitts IH-III in Fig. 2;

Fig. 4 ein Walzenpaar eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kalanders in einer Fig. 2 entsprechenden

Darstellung;

Fig. 5 dasselbe Walzenpaar in einer Fig. 3 entsprechenden Darstellung sowie

Fig. 6 ein Walzenpaar eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kalanders in einer Fig. 2 und 4 entsprechenden Darstellung.

Der in der Zeichnung als Ganzes mit 100 bezeichnete Kalander umfasst ein in Fig. 2 nur angedeutetes Maschinengestell 1 , in dem zwei Walzen 2, 3 durch ihre Walzenzapfen 4, 5 bzw. 6, 7 jeweils an zwei Lagerstellen 8, 9 bzw. 10, 11 um die Walzenachsen F1 , F2 rotierbar gelagert sind. Die Lagerung erfolgt über Rollenlager.

Die in der Zeichnung unten dargestellte Walze 2 umfasst einen Walzenkörper 12, der hohlzylindrisch ausgebildet ist. Konzentrisch zu seinem arbeitenden Walzenumfang 13 sind in das Material des Walzenkörpers 12 parallel zur Walzenachse F1 verlaufende Bohrungen 14 eingearbeitet, die auch als „periphere Bohrungen" bezeichnet werden. An den Walzenkörper 12 an beiden stirnseitigen Enden angeschraubt sind Flansche 15, 16, an die einstückig die Walzenzapfen 4, 5 angeformt sind.

An dem in Fig. 2 links dargestellten Walzenzapfen 15 ist eine Aufnahme 17 zum Anbringen einer in der Zeichnung nicht dargestellten Antriebseinrichtung angeflanscht, über welches die Walze mittels eines ebenfalls nicht dargestellten Drehantriebs in Rotation versetzt werden kann. Ferner ist angrenzend an die Aufnahme 17 ein Anschlusskopf 18 zur Zu- und Abfuhr eines Wärmetauschmediums vorgesehen.

Über den Anschlusskopf 18 zugeführtes Wärmeträgermedium durchläuft zunächst einen zentralen, in dem Walzenzapfen 4 vorgesehenen Zufuhrkanal 19, von welchem aus es über radial in den Flansch 15 vorgesehener Kanäle jeder zweiten der peripheren Bohrungen 14 zugeführt wird. Das Wärmeträgermedium durchströmt diese

Bohrung bis in Ausnehmungen 20, die in dem Flansch 16 vorgesehen sind, über welche es jeweils zu einer Nachbarbohrung geleitet wird. Über diese Nachbarbohrung, wie sie in Fig. 2 unten dargestellt ist, gelangt das Wärmeträgermedium in einen wiederum in den Flansch 15 radial verlaufenden Abfuhrkanal 21 , von dem es in einen Ringraum 22 und zum Anschlusskopf 18 gelangt.

Die Kühlung erfolgt daher im sog. „Duo-Pass-System", bei welchem Zu- und Abfuhr des Wärmeträgermediums stets in benachbarten Bohrungen erfolgt. Da sich das zunächst kühle Wärmetauschmedium während des Durchlaufs durch die Bohrung 14 zunehmend erwärmt, sind aufgrund des Duo-Pass-Systems auf Seiten des Flansches 15 stets eine stärker und eine minder stark gekühlte Bohrung nebeneinander, wohingegen die benachbarten Bohrungen auf Seiten des Flansches 20 etwa gleich gekühlt sind. Versuche haben gezeigt, dass sich die Temperaturdifferenzen auf Seiten des Flansches 15 dahingehend kompensieren, dass der Flansch 15 etwa in derselben Weise gekühlt und damit etwa dieselbe Temperatur aufweist, wie der Flansch 16, so dass thermisch induzierte Spaltbreitenfehler vernachlässigbar sind.

An dem dem Anschlusskopf 18 gegenüberliegenden Ende ist aus dem Flansch 16 ein Querhaupt 23 herausgeführt und über eine Drehmomentstütze 24 mit dem Maschinengestell 1 verbunden. Das Querhaupt 23, das den Hohlraum des Walzenkörpers 12 im Wesentlichen ausfüllt, ist über Pendelrollenlager 25, 26 mit Abstand zu den Lagerstellen 8, 9 innerhalb des Walzenmantels 12 rotierbar gelagert, so dass im Ergebnis der Walzenmantel um den Träger rotieren kann. An dem Querhaupt 23 ist eine obere Druckkammer 27 vorgesehen, in die über einen gestrichelt eingezeichneten Kanal 28 ein unter hydraulischem Druck stehendes Druckmedium zugeführt werden kann.

Die obere Druckkammer 27 ist mittels einer zwischen dem Querhaupt 23 und dem Innenumfang 29 des Walzenmantels 12 wirkenden Dichtungsanordnung 30 derart abgedichtet, dass der hydraulische Druck lediglich auf den in der Zeichnung oberen Teil des Walzenkörpers 12 wirkt.

Um Profilfehler, wie sie aufgrund von Randeffekten und aufgrund des Versatzes der Pendelrollenlager 25, 26 zu den Lagerstellen 8, 9 auftreten, weiter ausgleichen zu können, ist der Walzenmantel 12 der Walze 2 an den Endbereichen 31 , 32 durchmesserreduziert ausgebildet.

Zu demselben Zwecke weist die in Fig. 2 und 3 oben dargestellte Walze 3, die im Wesentlichen aus zwei Flanschen 33, 34, an die die Walzenzapfen 6, 7 angeformt sind, und einem hohlzylindrischen Walzenkörper 37 besteht, entsprechend durchmesserreduzierte Endbereiche 38, 39. Darüber hinaus sind die inneren Endbereiche 40, 41 des Walzenkörpers 37 Durchmesser erweitert ausgeführt, um so eine höhere Flexibilität des Walzenkörpers 37 in diesen Bereichen im Sinne der Korrektur des Biegelinienfehlers zu erhöhen.

Die Breite des zwischen den beiden Walzen 2, 3 gebildeten Walzenspalts 42 kann durch senkrecht zu den Walzenachsen S1 , S2 wirkende Längsversteller 43, 44, die zwischen den Lagerstellen der beiden Walzen vorgesehen sind, eingestellt werden.

Die Längsversteller weisen hierzu jeweils zwei Keilelemente 45, 46 bzw. 47, 48 auf, die gegeneinander verschiebbar sind. Von dieser „Spaltbreitensteuerung" kann auf einfache Weise auf eine „Drucksteuerung", bei der der im Walzenspalt herrschende Druck gesteuert wird, übergegangen werden, in dem die Keilelemente außer Wirkung gebracht werden.

Das Walzenpaar eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Kalanders ist in den Fig. 4 und 5 dargestellt. Im Folgenden soll - um Wiederholungen zu vermeiden - nur auf die Unterschiede zu der vorstehend beschriebenen Ausführungsform eingegangen werden.

Bei der in den Fig. 4 und 5 unten dargestellten Walze 102 trägt das Querhaupt 123 eine Reihe von in der Wirkebene des Walzenspalts von innen auf den Innenumfang 129 des Walzenkörpers 112 wirkende hydraulische Stützelemente 49, die wahlweise mit unterschiedlichen Drucken beaufschlagbar sind, wie es aus der EP 0 772 715 B1 bekannt und daher hier nicht näher beschrieben ist. Dabei kann es in vielen Fällen ausreichen, zwei unterschiedliche Drucke bereit zu stellen. Es werden dann diejenigen Stützelemente 49 mit dem höheren Druck beaufschlagt, die in den Bereichen auf den Walzenkörper 112 wirken, in denen die Folie nach der Herstellung und/oder Bearbeitung eine größere Dicke als gewünscht aufweist.

Ferner trägt das Querhaupt 123 zwei in einem Winkel von jeweils 55° zur Wirkebene E des Walzenspalts 142 angeordnete Reihen 50, 50' von rückgerichteten Stützelementen 51 , die ebenfalls durch Beaufschlagung von unterschiedlichen Drucken in aus der EP 0 772 715 B1 bekannten Weise zur Korrektur von Profilfehlern eingesetzt werden können.

Darüber hinaus sind an den Walzenzapfen 106, 107 der in den Fig. 4 und 5 oben dargestellten Walze außerhalb der Lagerstellen 110, 111 Mittel 52, 53 zum Einleiten quer zur Walzenachse S2 verlaufender Kräfte vorgesehen. Diese können einerseits zur Unterdrückung von Spiel in den Lagern der oberen Walze 103 dienen, das auftreten kann, wenn die aufgrund der Bearbeitungskräfte in dem Walzenspalt auf die obere Walze wirkenden Reaktionskräfte etwa der Gewichtskraft der Walze sind, andererseits zur Korrektur von Profilfehlem Verwendung finden, da Momente in den Walzenkörper eingeleitet werden können. Die in Fig. 4 rechts und links dargestellten, unterschiedlichen Anordnungen der Mittel 52, 53 werden alternativ eingesetzt. Mit anderen Worten wird entweder die links oder die rechts dargestellte Anordnung verwirklicht.

Ferner ist es möglich, entsprechende Mittel zusätzlich oder alternativ an der unteren Walze einzusetzen, die dann nicht zur Unterdrückung von Lagerspiel dienen. Die Mittel bewirken eine ähnliche Biegelinienkorrektur wie diejenige bei einem bekannten RoII- Bending-System.

Bei dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Walzenkörper 203 von Innen in denjenigen Bereichen 54, 55 verstärkt ausgebildet, in denen aufgrund des Biegelinienfehlers größere Dicken der Folie zu erwarten sind.

Es versteht sich, dass die voranstehend alternativ genannten Maßnahmen zur Reduzierung von Profilfehlern auch kumulativ oder in anderen Kombinationen verwirklicht werden können.

Ferner können in einer Druckkammer an sich bekannte Varioelemente vorgesehen sein, die den auf den Walzenkörper von Innen wirkenden hydraulischen Druck an den hierfür vorgesehenen Stellen reduzieren.

Bezugszeichenliste:

100 Kalander

1 Maschinengestell

2, 3 Walzen

4,5 Walzenzapfen

6,7 Walzenzapfen

8,9 Lagerstellen

10,11 Lagerstellen

12 Walzenkörper

13 Walzenumfang

14 Bohrungen

15, 16 Flansche

17 Aufnahme

18 Anschlusskopf

19 Zuführkanal

20 Ausnehmungen

21 Abfuhrkanal

22 Ringraum

23 Querhaupt

24 Drehmomentstütze

25, 26 Pendelrollenlager

27 Druckkammer

28 Kanal

29 Innenumfang

30 Dichtungsanordnung

31 , 32 Endbereiche

33, 34 Flansche

37 Walzen körper

38, 39 Endbereiche

40, 41 Bereiche

42 Walzenspalt

43. 44 Längsversteller

44. 45 Keilelemente

47, 48 Keilelemente

49 Hydraulische Stützelemente

50, 50' Reihen

51 Stützelemente

52, 53 Mittel

54, 55 Bereiche

102 Walze

106, 107 Walzenzapfen

110,111 Lagerstellen

112 Walzenkörper

123 Querhaupt

129 Innenumfang

203 Walze

S1 , S2 Walzenachsen