CN1925967A - 用于形成薄膜条带的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于形成条带的装置，特别是形成由热塑性合成材料制造的条带，该合成材料能够在高温下在旋转滚筒(1)表面上以连续方式进行成形，该旋转滚筒(1)在预定的静止区域(10、11)中被加热和/或冷却。为了减少在加热和冷却步骤的变化过程中的热损失，薄壁滚筒安装在载体(5)上，该载体能够在相应区域中进行加热和/或冷却，并至少在所述区域中可与滚筒表面进行换热。

Description

用于形成薄膜条带的装置和方法
本发明涉及一种用于形成条带的装置，该条带在旋转滚筒的表面上连续运行，该旋转滚筒要在预定的静止区域中被加热和/或冷却。应用领域主要是形成塑料薄膜或塑料片，该塑料薄膜或塑料片由于它们的表面形状而具有特殊的光学特征，例如作为菲涅耳透镜。另一应用领域是有或没有热塑性塑料参与的壁纸或织物材料的三维图案成形。要形成的条带在受热区域中与滚筒表面紧密接触，使其互补地呈现出滚筒表面的形状。例如，在热塑料状态下从挤出器嘴传送至滚筒表面上的塑料挤出物通过压延辊而压靠在该滚筒上，并填充设在该滚筒上的定形凹部。该条带在随后的冷却区域固化，这样，它最终能够以尺寸稳定的状态从滚筒上取下。
在这类的一种已知装置中(DE-A 19900381)，与熔融塑料紧密接触的滚筒区域被加热，以便防止塑料过早固化。这将确保塑料有足够的流动性，以便即使是滚筒表面中非常细小的定形凹部也能够被完全充满。带有塑料的滚筒加热区域的后面是冷却区域，在该冷却区域中，位于滚筒上的塑料通过来自远离滚筒的一侧的冷却空气而被冷却。在塑料固化后，将它从滚筒上以条形拉出。从外侧进行冷却的缺点是很难使得在滚筒内侧的细小塑料结构也可靠固化，尽管这非常重要。
还已知(DE-A-4110248；DE-C-19943604)从内部冷却滚筒，同时在到达传送区域之前通过外部加热装置来加热滚筒表面。该交替加热和冷却必然引起很高的能量损失，这是因为由于硬度的原因，所以必须使得滚筒较厚和具有相应较高的热容。当只从内部加热和冷却滚筒时更加这样(US-A-5945042，图3)。
而且，还已知使用环形皮带来代替滚筒，以便形成塑料条带(US-A-5945042，图1)。然而，例如制造光学上有效的塑料模件需要较深和精确的雕刻，而环形皮带中没有足够的尺寸稳定性和挠曲疲劳强度。
本发明的目的是提供一种在一开始就提到的并且在权利要求1的前序部分中具体说明的这类装置，其中，尽管使用了柱形滚筒，也减小热损失。
本发明的方案在于权利要求1的特征部分以及从属权利要求的优选特征。
因此，对于滚筒，至少在它将加热或冷却的区域中可换热地安装在载体上，该载体在这些相应区域中提供有加热或冷却装置。滚筒由于支承在载体上而能够有低热容的薄壁设计。当与载体进行可换热的接触时，它快速地呈现它的表面温度。由于它的低热容，因此在温度变化过程中只需要交换很小的热量，能量损失小。
滚筒可以直接在载体表面上滑动。当载体表面的摩擦系数足够低时(例如通过合适地选择材料，例如石墨)，在滚筒和载体之间并不需要润滑剂。不过，使用液体中间层不仅特别有利于在任意所需的材料配对时降低摩擦，而且还有利地作为换热介质。该液体可以在高于大气压的压力下供给，以便在滚筒上施加支承作用力并进行均匀分布，这样，基本避免了固体与固体的接触。通常，为了均匀地支承滚筒和均匀地进行热传递，优选是使滚筒和载体的彼此相对的表面光滑。也就是说，没有粗糙的凹坑和凸起。不过，在统计学上均匀分布或规则布置的较小粗糙度也可能是有利的。在本发明中，它们很小的意思是形成该粗糙度的凹坑的至少一个尺寸保持基本小于0.5mm。更大粗糙度是否能被容许将取决于它们对所需的支承和热传递的均匀性的影响，适当时，可以通过试验来确定。
不过，如果以精心设计的方式来提供用于滚筒的流体静力和/或流体动力安装的装置，这也在本发明的范围内。为此，载体的表面上(优选是以沿周向方向交替和处于柱体表面中的方式)提供有凸出表面部分和凹入表面部分，其中能够建立适于足够支承滚筒的压力。用于供给液体的装置优选是布置在这些凹入表面部分中。凸出和凹入表面部分优选是在该装置的工作宽度内从一个边缘至另一边缘连续地均匀形成，使得压力和温度条件在要处理的条带的整个宽度上是恒定的。
现有技术中的各种可行方案可用于加热或冷却载体，例如使用穿过载体和换热器的相应区域进行循环的传热液体。为此，在载体要被加热或冷却的区域中，该载体可以包括换热表面，在该换热表面中优选是有多组沿轴向平行的孔，传热液体流过这些孔。加热可以通过电装置来进行，例如电阻或感应加热元件。
在滑动表面之间的液体层可以与传热液体的循环完全分离。这样的优点是这些液体以及它们的压力和温度能够根据它们各自的功能而彼此独立地进行优化选择。不过，如果合适，当支承液体是来源于传热液体循环时，则能够实现简化设计。为此，在处于载体内部的换热表面和载体表面之间提供流动连接。并不是所有供给至载体用于加热或冷却的液体随后都必须进入滚筒和载体之间的内部空间。相反，通常，其中一少部分就足以用于滚筒的流体静力安装或润滑。
润滑液体的流体静力压并不需要在滚筒或载体的整个圆周上恒定。相反，独立的且可调节的液体供给能够保证在特别希望有较高支承作用的区域中的压力高于其它区域。特别是，在液体材料或塑料材料分布于滚筒表面和校准相对表面之间的区域中的压力可以设置成高于沿旋转方向在后面的区域。
因为是薄壁而敏感的滚筒在它的边缘处需要附加支承。为此，提供了端表面保持环，该端表面保持环与滚筒牢固连接。这些端表面保持环具有：延伸表面，该延伸表面装配至滚筒的内径中；以及对接环，滚筒的端表面能够通过分布在圆周上的多个拉紧指状物而沿轴向拉紧抵靠在该对接环上。通过该结构，这些拉紧力被约束在滚筒的边缘区域。预计将没有沿径向方向或周向方向的干扰力。由于保持环的支承，在滚筒的宽度上几乎没有横向变形的出现。
优选是，载体由空心柱体或成段的空心柱体形成，该空心柱体或分段在两个法兰板之间沿轴向被拉紧，或者以任意其它合适方式来保持。作为旋转体或作为旋转体的一部分的这些部件的设计允许进行精确制造和装配。
如果将载体设计为由法兰刚性保持的单个空心柱体会在预期的热膨胀方面出现问题时，那么更有利的是使用空心柱体分段。这些分段的相互邻近的边缘是要彼此连接，避免在从一个分段过渡至另一分段的位置处在载体表面中形成台阶。这最好通过这两个边缘的铰接连接而实现。以长铰链方式使两个边缘相互连接的接头特别适用于该目的。不过，榫槽-榫型的接头也可以满足。当两个分段在连接区域以有很高挠性的方式(相对于平行于轴向的挠曲轴线)相互邻接时，例如利用平行于轴向的凹痕来邻接时，这两个分段甚至可以相互连接成一体。
这些分段与法兰的连接将这样进行，即加热区域可以沿周向方向相对于法兰进行热膨胀。在冷却区域，这并不绝对必须的，但是它也是有利的。在任何情况下，法兰都必须对分段提供足够的径向支承。
在加热区域和冷却区域中的滑动间隙内使用的液体优选是为相同材料，这样，它们不必以绝对防泄漏的方式相互分离。
下面将参考附图更详细地介绍本发明，附图表示了优选实施例，且附图中：
图1表示了该设备的总体视图；
图2表示了穿过该装置的轴向剖视图；
图3表示了更大比例的局部轴向剖视图，与图2相对应；
图4表示了端视图；
图5表示了穿过滚筒的平行于表面的局部剖视图；
图6表示了穿过滚筒和载体的局部轴向剖视图；以及
图7表示了可选实施例的支承体。
用于对挤出物3进行成形的滚筒1布置在静止载体5上，该滚筒1可沿箭头4方向进行旋转，该挤出物3为热的热塑性塑料，其从挤出器嘴2中挤出来。钢带6在滚筒1的一部分圆周上被拉紧，该钢带6通过辊7、8和9运行，并与滚筒1的表面一起包围出一定间隙，要被成形的塑料挤出物3位于该间隙内，以便压靠在滚筒表面上。辊7经由钢带而作为压延器，它确定了塑料条带的厚度。在塑料挤出物3传送至滚筒表面并被辊7压靠在滚筒表面上的区域中，滚筒1被加热成至少是塑料的熔融温度。当所使用的塑料为PMMA时，该表面温度例如为至少180℃，优选是大约220℃。在辊7后面的周向圆弧中，在需要时，温度可以继续保持这样高，以便该塑料有足够的时间和流动性来使得位于滚筒表面上的定形凹部被完全充满。下文中，将滚筒处于增高温度的区域10称为加热区域。
随后是冷却区域11，在该冷却区域中，滚筒1被冷却，使得塑料挤出物3在该区域的末端处的温度低于玻璃转化温度。如果需要，该塑料挤出物在冷却区域中也可以利用装置12从外部冷却。在冷却区域11之后，塑料挤出物离开滚筒1，并被排出以便进一步处理。到这里为止的设备可以认为是已知的。
如图2和图3所示，滚筒1与它的直径相比非常薄。它的厚度在2mm和10mm之间，优选是在3mm和5mm之间。通常，它的直径是其厚度的一百多倍，例如为800mm。
构成该滚筒的材料在当前温度下具有足够的尺寸稳定性，并且可具有所需的定形凹部。它例如是由铜构成，并且可通过电镀法在互补形状的阴模上形成或者随后进行雕刻。这是已知的。
滚筒1可滑动旋转地安装在载体5上，在所示示例中，载体5形成了在整个360度上连续延伸的基本上为柱形的表面。因此，滚筒1支承在载体5的整个圆周上。不过，也可以将该支承限制在滚筒1的受径向作用力的那些圆周区域中。滚筒1通过滑动配合或间隙配合而位于空心柱体16的表面上，当滑油在压力下供给至滑动间隙内时，这就能够使得基本上无摩擦。压入滑动间隙中的滑油降低了摩擦，并确保了不受干扰的热流。当该滑动安装方式不足以能以足够的低摩擦和低磨损来相对于压延辊7支承滚筒1时，也就是说在受到最高负载的区域中，可以通过嵌在载体表面中的支承辊来提供附加支承。
在图2和3所示的示例中，该载体包括两个法兰14、15和空心柱形部件16，该空心柱形部件16可以设计为在整个圆周上延伸的空心柱体，或者设计为一组柱体分段。法兰14、15形成柱形延伸表面17，用于配合接收空心柱体16或各分段的内边缘。而且，空心柱形部件16的边缘和法兰通过锥形表面18来配合，当法兰14和15通过沿圆周布置的拉力螺杆19而沿轴向拉至一起时，该锥形表面18保证了无游隙地相互对中。当空心柱形部件16由多个分段形成时也是这样。当相继的分段之间在热学上是相分离的时候，这可能很方便。这样，例如可以将所分离的分段用于加热区域和冷却区域。如果合适，可以将位于这些区域之间的隔热件设计为独立的分段。
在工作过程中，该载体以静止方式与保持框架(未示出)连接。不过，在该示例实施例中，所述载体可绕它的轴线进行角度调节，这样，它的加热和冷却区域能够相对于热塑料挤出物3的供给和压延位置而优化设置。为此，法兰14、15由轴21承载，其中一个法兰15与该轴21刚性连接，而另一法兰14可根据不可避免的热膨胀而在该轴21上沿轴向移动，但是通过滑键结构22而在旋转这方面固定。该轴置于轴承23中。它的旋转位置通过合适的设置装置来确定，在图2的实例中，该设置装置由蜗轮24和蜗杆25形成。
为了加强该薄壁滚筒，它在边缘处与环30连接，如果需要，该环30可以通过轴承31而支承在载体5的法兰14、15上。该轴承设计成使得热膨胀不能导致滚筒变形。当旋转驱动器32用于滚筒时，它通过至少一个环上的齿轮33和齿形轮缘34而起作用，但是优选是通过同样地设在两个环30上的齿轮33和齿形轮缘34而起作用，以便使作用在薄壁滚筒上的力保持较小且对称。在很多情况下，如果钢带6被驱动了，则并不需要该用于滚筒的旋转驱动器。特别是当由于齿和齿孔以与照相胶片和胶片星轮辊相类似的方式配合而使得滚筒确实由被驱动的钢带6来带动时就可以是这样。不过，有时通过该固化条带所施加的摩擦力也足以用于带动。
环30具有柱形延伸表面35，该柱形延伸表面35与滚筒1的内径相配合，且该柱形延伸表面35的外侧由对接环37来限制。滚筒的端表面(同样由参考标号37表示)通过指状物38和螺钉39而被拉靠在对接环上。为此，指状物38嵌在滚筒1中的孔40内，该孔40沿滚筒的两个边缘以均匀间隔分布在滚筒的圆周上。这些孔在周向方向上大于指状物38，这样，当有制造和装配工差时，不会通过指状物38而在滚筒上施加不希望的周向拉力。
热能可以以各种方式供给至该加热区域，例如通过电阻加热体、气体燃烧器或感应加热。在图2至6的示例中，能量供给是通过传热液体(特别是油)来提供的。该加热区域包含一组或多组沿轴向平行的孔45，这些孔45在它们的端部通过磨削成的槽袋46(该槽袋46通过盖47而封闭)而交替成对连接。这形成了从第一孔45′至最后孔45″的封闭流动通路。
当有多组这样的孔时，就可以提供分离的加热分段，或者将多组孔包含于一连续的加热分段中。
如图3和5所示，一组中的第一孔45′从输送流动连接件49经由径向的输送流动孔48来供给，该输送流动孔48在从空心柱体部分16到法兰14的过渡处通过密封环20来密封。该组的最后孔45″以相同方式经由返回流动孔而与返回流动连接件进行连接。
加热流体以普通方式(未示出)借助泵和换热器而从液体储罐供给至该输送流动连接件49，并从该返回流动连接件返回至储罐中。为了设置在***中作用的压力，可以在返回流动通路中设置优选是可调节的节流阀。冷却区域可以以相同方式设计。
为了降低滚筒1和载体5表面之间的摩擦，该滚筒的安装在该示例实施例中是以流体静力学的方式来设计。这意味着在滑动间隙中的润滑液体保持在这样的压力下，即该压力至少与优选的对滚筒的无接触支承方式所需的压力一样高。在热塑料挤出物3在滚筒表面和辊7表面之间减小至所需厚度的区域中，该压力最高。在辊7和辊9之间，该压力基本等于通过拉紧钢带而施加在热塑料挤出物上的压力。在辊9和挤出器嘴2之间的自由滚筒区域中，该支承压力最低。因此，有利的是将滚筒1和载体5表面之间的滑动间隙分成作用有不同支承压力的不同区域。这些区域相互之间是密封的并且相对于大气是密封的。专用密封条可以用于该目的。根据图6，这样的密封条61通过弹性体环60而压靠在滚筒1的内表面上，该密封条61布置在槽中，并且由带有有利的滑动特性的材料构成，例如PTFE。这样的密封装置可以布置在圆周上并且沿其横向布置。尽管希望在圆周上进行基本无泄漏的密封，但是位于相继的区域之间的横向密封件只需要产生这样水平的节流作用，即保证在这些区域之间的所需压力差。
将液体供给至滑动间隙可以独立于加热介质来进行。不过，根据本发明，可以实现一种明显的简化设计，即，使得该液体的供给是来源于加热介质。如图3所示，连接孔62设置在加热或冷却***的孔45和载体的表面之间。作为加热或冷却介质而循环的一部分油穿过这些孔进入该滑动间隙内，并在该处作为润滑剂和流体静力压介质。为了再次排出它，对于滑动间隙的各压力区域都提供有排出孔63(图6)，该排出孔63经由孔64而与滑动间隙连接，且油从该排出孔63经由法兰15中的径向孔65和连接管66而通向连接件67。
载体的表面可以连续光滑。不过，为了滚筒的流体静力安装，凹入表面部分70和凸出表面部分(成凸耳72的形式)交替设置在载体的表面中，凸耳72通过它们相对于滚筒1内表面的运行游隙来确定该滚筒1的位置。凹入表面部分70使得压力能够在流体静力液体中无阻碍地传播。
由流体静力压作用而在滑动间隙中(特别是在凹入表面部分70中)产生的压力基本由液体在它的流出通路中所遇到的流动阻力来确定。该流动阻力可以通过在该流出通路中设置节流阀来设定。当不同压力区域中的压力不同时，这些区域可以对应分配有不同设置的节流阀或可调节的节流阀。
图6表示了该示例实施例的简化结构。液体的排出是在各压力区域的边缘处进行。在界定该区域的密封条61的内侧提供有收集槽道73，该收集槽道73通过孔64而与排出管线63连接。在由压力作用的凹入表面部分70和收集槽道73之间布置有凸出的凸耳72。该凸耳与滚筒1的内表面一起形成了狭窄间隙，流出该区域70的油的压力借助于该狭窄间隙而以基本上自动调节的方式来被节流。当经由滚筒传递的压力高于该支承间隙中的压力时，滚筒接近载体，因此间隙变得更狭窄。因此，将阻止流出，且该支承间隙中的压力升高，直到它等于由滚筒传递的压力。这样的前提条件是油供给源能够产生足够大的压力。因此，凸耳72与滚筒的内表面一起形成自动调节的节流结构。
油可以通过泵而从收集槽道73中抽出。这样的优点是：收集槽道73中的并作用在密封结构60、61上的压力减小，且密封结构需要满足的防泄漏密封性将降低。
沿周向方向一个接一个的具有不同压力的区域的定界可以通过例如图6中所示的结构来进行。于是，各区域由节流凸耳72和收集槽道73(该收集槽道73排出油)包围。然后，各区域可以分配有密封结构60、61，或者在相邻区域之间仅布置一个这样的密封结构。这时，该结构可以使得油从更高压力的区域流出至更低压力的区域。
对这些区域进行独立的流体供给使得这些区域能够作用有不同压力。它们还可以被不同地热控制。为此，各区域或各表面部分可以分配独立的一组换热孔45。
图7表示了该支承体的可选设计的轴向视图。它包括两个呈半柱体形的壳体80和81，这两个半柱体形壳体80和81通过狭缝82而分开。它们通过类似长铰链的接头83和84而连接。这两个半壳体80、81并不直接与法兰14、15连接。实际上，它们的接头83、84的接头轴85、86通过其两端而固定在法兰中。两个接头轴中的一个(优选是更靠近压延辊7的那一个)与法兰刚性连接。另一个铰链轴86被引导成使它只能够径向运动，而不能周向运动。因此，这两个半壳体80、81在任何热状态下都在几何上相对于法兰确实固定。由于接头轴86相对于法兰可径向运动，因此所述半壳体还具有膨胀的可能性。
因为必须考虑到这两个半壳体由于它们的不同温度而进行不同膨胀，因此在本实施例中应当注意使得分配给冷却分段的该半壳体81能够相应挠曲，以便适应另一半壳体80的状态。为了保证该挠性，该半壳体以特定均匀间隔提供有狭缝87，该狭缝87从内侧通向该半壳体的中部，并有沿径向方向的一定深度，使得该半壳体81获得所需的挠性，且它不会失去它的稳定内聚力以及对安装在它上面的滚筒1进行确实支承的作用。
在该示例实施例中，接头83、84用于铰接两个半壳体和用于将这两个半壳体支承在法兰上。这两个功能也可以分配给不同部件。例如，这两个半壳体可以沿径向方向牢固连接在两个法兰上，且沿周向方向在另一位置处(特别是在它们的中部)且在它们的自由端处以任意所需方式彼此弹性连接，但是在表面上是连续的，该连接例如是借助于接头、榫槽和榫、或挠性接头。

Claims (17)

1.一种用于形成条带的装置，该条带可在升高温度下成形，在旋转滚筒(1)的表面上连续运行，该旋转滚筒(1)将在预定的静止区域(10、11)中被加热和/或被冷却，其特征在于：滚筒(1)安装在载体(5)上，该载体(5)可在相应区域(10、11)中加热或冷却，且滚筒(1)至少在这些区域(10、11)中布置为可关于其表面进行换热。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：提供了用于在可加热区域(10)中供给热塑料挤出物(3)的装置(2)，该可加热区域(10)之后是可冷却区域(11)。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：滚筒(1)至少在其要被加热或要被冷却的区域(10、11)中滑动支承在载体(5)的表面上。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：提供了用于向载体(5)的表面和滚筒(1)之间注入液体的装置(62)。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的装置，其特征在于：彼此面对的载体(5)的表面和滚筒(1)的表面基本上无凹坑。
6.根据权利要求1至4中任意一项所述的装置，其特征在于：载体(5)的表面装备有用于对滚筒(1)进行流体静力安装和/或流体动力安装的装置。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的装置，其特征在于：提供了传热液体的循环来用于载体(5)的加热和/或冷却。
8.根据权利要求1至6中任意一项所述的装置，其特征在于：在载体(5)的要被加热的区域(10)中提供有电加热装置。
9.或8，其特征在于：流体层或流体静力支承液体由传热液体形成并来源于它的循环。
10.根据权利要求4至9中任意一项所述的装置，其特征在于：具有不同的流体静力支承压力的区域在载体(5)表面上借助于密封结构(60、61)或节流凸耳(72)来相互定界。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于：所述具有不同流体静力支承压力的区域连接至各自的液体供给管和/或排出管(62、64)。
12.根据权利要求1至11中任意一项所述的装置，其特征在于：该薄壁滚筒(1)在它的两边缘处与保持环(30)牢固连接。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于：该保持环(30)具有装配至滚筒(1)的内径中的延伸表面(35)和对接环(36)，且提供了多个拉紧指状物(38)，这些拉紧指状物分布在圆周上，并嵌入滚筒的边缘。
14.根据权利要求1至13中任意一项所述的装置，其特征在于：载体(5)由空心柱体或多个空心柱体分段(16)形成，该空心柱体或分段(16)保持在两个法兰(14、15)之间。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于：载体(5)由多个空心柱体分段形成，这些空心柱体分段通过接头(83、84)而相互连接。
16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于：该接头在法兰(14、15)上被引导或保持在该法兰(14、15)上。
17.根据权利要求1至16中任意一项所述的装置，其特征在于：载体(5)可绕其纵向轴线进行角度调节。
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