DD225767A1

DD225767A1 - Kuehlwalze, insbesondere zum praegen und gravieren von folien

Info

Publication number: DD225767A1
Application number: DD25763383A
Authority: DD
Inventors: Hartmut Roth; Ernst-Guenther Hencke; Karl Geier; Hogo Brackhahn; Werner Graner
Original assignee: Koethen Ing Hochschule
Priority date: 1983-12-08
Filing date: 1983-12-08
Publication date: 1985-08-07

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kuehlwalze mit Verdampfungskuehlung und einem als Kondensator wirkenden Waermeuebertrager. Die Kuehlwalze kann vorzugsweise zum Praegen und Gravieren von Folien verwendet werden. Mit der Erfindung wird in relativ einfacher Weise das Auftreten eines Temperaturgradienten in Walzenlaengsrichtung verhindert. Dies wird durch Kondensation und Rueckfuehrung des Walzen-Kuehlmediums an die als Verdampferflaeche ausgebildete Innenwand des Aussenmantels erreicht. Eine als Schwamm wirkende Auskleidung der Innenwand sichert dabei eine staendige Benetzung der Innenwand und damit eine hohe Kuehlgeschwindigkeit

Description

Kühlwalze, insbesondere zum Prägen und Gravieren von Folien Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Kühlwalze, insbesondere zum Prägen und Gravieren von Folien, mit Verdampfungskühlung und einem als Kondensator wirkenden Wärmeübertrager (nachfolgend Kondensator genannt)· Die Kühlwalze kann vorzugsweise zur Oberflächenstrukturierung von Folien aus Kunstleder und Hochpolymeren, insbesondere für Folien aus Polyvinylchlorid oder Polyethylen, eingesetzt werden. Sie kann in gleicher Weise zur Herstellung anderer Laminate, beispielsweise von mit Kunststoff beschichtetem Papier, eingesetzt werden.

Charakteristik, .der bekannten technischen Lösungen

Die Wirksamkeit von Präge- und Gravierwalzen wird in hohem Maße durch die Effektivität und Gleichmäßigkeit der Kühlung während des Prägevorgangs bestimmt. Dabei kommt es neben der Sicherung einer hohen Kühlgeschwindigkeit vor allem auf eine sehr gleichmäßige Kühlwirkung über die gesamte Länge der Kühlwalze an.

Kühlwalzen und Einrichtungen zur Kühlung von Walzen sind in verschiedenen Ausführungen bekannt; so zeigen aber vorbekannte Hohlwalzen mit fluiden Kühlmedien Temperaturdifferenzen von £ T = 2 - 20 K zwischen der Ein- und Austrittsseite des Kühlmediums. Erforderlich für einen eindeutigen Präge- und Graviervorgang wäre jedoch die vollständige Beseitigung der Temperaturdifferenz über die' Länge der Kühlwalze bei Fixierung auf eine eindeutige Temperatur.

In der DE-OS 24 31 069 wird eine Kühl- oder Heizwalze mit doppeltem Mantel und einem von einem Wärme transportierenden Fluid durchströmten Mantel-Zwischenraum mit axial gegenüberliegenden 'Einlaß- und Auslaßöffnungen und einer oder mehreren

schraubengangförmig angeordneten Leitrippen, welche zusammen mit den Mantelwänden einen oder mehrere schraubengangförmige Strötnungskanäle begrenzen, beschrieben. Die angegebene Kühl- oder Heizwalze besitzt den Nachteil eines komplizierten Aufbaus, der einen hohen und schwierig zu beherrschenden Pertigungsaufwand einschließt. Infolge des zweiseitigen Anschlusses des Zu- und Ablaufes ergeben sich wesentliche Absenkungen in der Zuverlässigkeit des Betriebsverhaltens. Trotzdem kann mit dieser Anordnung auch keine temperaturgradientenfreie Kühlung über die Länge der Kühlwalze erreicht werden.

In der BE-AS 26 46 ^I wird eine Einrichtung für das Verteilen eines flüssigen Wärmeübertragungsmittels im Inneren von Heiz- und ,Kühlwalzen beschrieben, die auf dem Einbau eines .komplizierten Treibdüsen-Fangdüsen- und Umwälzsystems beruht. Auch diese Einrichtung-weist die gleichen Nachteile auf, wie sie bereits für 'die oYg„ Einrichtung angeführt wurden. Eine geringfügige Verringerung des Längen-Temperaturgradienten wird durch einen erheblichen Leistungseintrag und einen hohen Kühlmittelstrom erreicht. Damit treten hohe Betriebskosten auf, ohne daß die temperaturgradiehtenfreie Kühlung der Kühlwalzeh gesichert werden kann.

Die Beheizung von Rotationskörpern durch kondensierende Dämpfe ist in verschiedenen Patentschriften beschrieben. In.der US-PS 3 621 908 wird ein Rotationskörper mit Ringtaschen vorgeschlagen, bei dem der Außendurchmesser der Ringtaschen größer ist als der Außendurchmesser des Hohlzylinders, wobei die .vergrößerten Ringtaschen als Plüssigkeits- bzw, Kondensatsammelräutne dienen. Eine analoge Vorrichtung beschreibt die DE-GS 25 43 806 als Rotationskörper zur Herstellung und/oder Behandlung von Bahnen, Stücken, Pollen und Verbundmaterialien, Diese Vorrichtungen dienen aber ausschließlich der Beheizung und nicht der Kühlung von Polien und Laminaten auf der Walze.

Ziel der Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung, die den bekannten teciinischen Lösungen der Präge- und Gravierwalzen, die zur Oberflächenstrukturierung von Folien aus Kunstleder und Hochpolymeren eingesetzt werden, anhaftenden Nachteile der temperaturgradientenbehafteten Kühlung, die zu qualitätsgeminderten Produkten führt, zu beseitigen und auch die hohen Fertigungsaufwände und großen Betriebskosten entscheidend zu senken.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine längen-temperatur-gradientenfreie Temperatur auf der Oberfläche von Kühlwalzen mit einem geringen konstruktiven Aufwand und niedrigen Betriebskosten bei hoher Zuverlässigkeit zu erreichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß

- die Innenwand des Außenmantels einer als ein- oder doppelwandiger Hohlzylinder ausgebildeten Kühlwalze mit einer Auskleidung versehen ist, die eine große wirksame Oberfläche bzw. hohe Kapillarität sowie eine gute Wärme-

··' leitfähigkeit aufweist und

- die Kühlflächen des Kondensators im Innenraum bzw, Man- _; telzwischenraum der Kühlwalze, der mit Flüssigkeit und Dampf des Walzen-Kühlmediums gefüllt, dampf- und flüssigkeitsdicht ausgebildet und an eine Druckregeleinrichtung angeschlossen ist, außerhalb der flüssigen Phase des Walzen-Kühlmediums feststehend oder mit der Kühlwalze mitrotierend angeordnet sind.

Bei der erfindungsgemäßen Kühlwalze wird das Auftreten eines Temperaturgradienten in Walzenlängsrichtung durch Kondensation und Rückführung des Walzen-Kühlmediums an die als Verdampferfläche ausgebildete Innenwand mit geringstem Aufwand verhindert. Zugleich sichert die erfindungsgemäße Auskleidung der Innenwand in Verbindung mit

einer weitgehenden Bedeckung der Innenwand durch verdampfendes Walzen-Kühlmedium eine hohe Kühlgeschwindigkeit.

Der besonders einfache Aufbau der Kühleinrichtung eignet sich vorzugsweise für niederigere Wärmestromdichten, wie z, 3. an den Präge- und Gravierwalzen auftreten. Als -Walzen-Kühlmedium können Einstoff-Systeme, wie z_o B. Wasser, Ammoniak, niedere Kohlenwasserstoffe, chlorierte Kohlenwasserstoffe· oder Fluor-Kohlenwasserstoffe in Betracht bzw. azetrope Mehrkomponentensysteme.

Besondere Vorteile weist dabei Wasser, als Kesselspeisewasser aufbereitet, durch seine hohe spezifische Verdampfungsenthalpie und seine großen Wärmeübergangskoeffizienten auf.

..Eine besonders .gunstige Form der erfindungsgemäßen Einrichtung ist dadurch gegeben, daß der Innenraum der Kühlwalze mil: einer als ScKwamm "wirkenden Auskleidung versehen ist, der im Bereich unterhalb des Flüssigkeitsstandes sich vollsaugt und im Verlauf der Umdrehung der Kühlwalze weiter zur Befeuchtung der Innenwand dient.

Zweckmäßig für diese schwämmartige Auskleidung haben sich Stahlwolle und/oder gut wärmeleitender Hochpolymerensciiaum erwiesen.

Es ist weiterhin zweckmäßig, wenn die Auskleidung profiliert ausgebildet ist, um eine Schöpfwirkung und damit eine noch intensivere Befeuchtung zu erzielen. Die Profilform der Auskleidung kann beispielsweise durch ein die Auskleidung umhüllendes profiliertes und gelochtes Blech erzeugt werden. Bei dieser erfindungsgemäßen Einrichtung ist der als Kondensator wirkende Wärmeübertrager im Inneren der Kühlwalze angeordnet und weist Flüssigkeits-, Verdunstungs- oder Luftkühlung auf ο

Bei einer speziellen Ausführungsform der Erfindung, die sich durch vorteilhafte Kompaktheit der Anordnung auszeichnet, sind die Kühlflächen des Kondensators als Innenmantel einer

doppelvvandigen Kühlwalze ausgebildet. Bei dieser Variante rotieren die Kühlflächen des Kondensators sit der 7/inkeigeschwindigkeit der Kühlwalze. Dadurch wird eine günstigere Filmströmung des Kondensats auf den Kühlflächen des Kondensators und demzufolge ein besserer Wärmeübergang erzielt.

In besonders einfacher Weise kann die Kühlung eines derartigen rotierenden Kondensators mittels eines im hohlen Uebenraum angeordneten Düsenrohres zum Versprühen eines flüssigen Kondensator-Kühlmediums erfolgen.

Ausführungsbeispiel

riachfolgend werden die vorteilhaften Merkmale der erfindungs-· gemäßen Kühlwalze an Hand von dem in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel erläutert. Die Zeichnung zeigt einen Längsschnitt durch eine Kühlwalze mit Verdampfungskühlung und innenliegendem Kondensator. Die Kühlwalze 1 aus Stahl mit profilierter, hartverchromter Oberfläche ist, bei gleichmäßiger Yv'anddicke, auch innen zylindrisch geformt. Die Innenwand der Hohlwalze ist als Verdampfungskühlfläche für das Walzen-Kühlmedium 2, z. B. dem Einstoff-System Wasser, ausgebildet. Sie ist mit einer als Schwamm wirkenden Auskleidung 3 aus Stahlwolle an der zylindrischen Innenwand versehen. An den Enden der Kühlwalze 1 sind der Vollzapfen 4 und der Hohlzapfen 5 angebracht, in der die Kühlwalze gelagert ist. Der rotierende Hohlzapfen 5 wird durch einen dem Stand der Technik entsprechenden Dichtungskopf β abgedichtet, durch den mehrere Leitungen geführt sind: Das Kondensator-Kühlmedium 7 wird durch die Kühlmedium-Eintrittsleitung -8 dem axial in der Hohlwalze, über dem Flüssigkeitsspiegel des Einstoff- oder Azeotropsystem liegenden, als Kondensator wirkenden Wärmeübertrager 9 zugeführt und verläßt über die Kühlmedium-Austrittsleitung 10 die Hohlwalze; außerdem führen die Vakuumpumpen-Leitung 11, die Einstoff-System-Nachfüll-Leitung 12 für das Walzen-Kühlmedium und der-

kombinierte Temperatur- und Druckfühler 13 hindurch. An die Vakuumpumpen-Leitung 11 ist eine an sich bekannte Vakuumpumpe mit vorgeschalteter Kühlfalle angeschlossen.

Eine PVC-Folie von 2m Breite und einer Dicke von 0,2 · 10-3m wurde auf einer Kühl-Walze von 0,240 m Durchmesser und einer Länge von 2,400 m mit einer Geschwindigkeit von w = 0,40 m/s ( -= w = 24 m/Min strukturiert. Die Eintrittstemperatur der Folie, vor der Kühlwalze, betrug 12O⁰C, die Ablauftemperatur nach der Kühlwalze betrug 74°C_O In dem zylindrischen Innenraum herrschte bei dem als Einstoffsystem eingesetzten Kesselspeisewasser eine Temperatur X^ ⁼ 43°C bei einem Druck von Pp = 8 200 Pa. Als Kühlmedium 7 wurde Kreislaufwasser mit t-, = 15⁰G verwendet. Die über die Gesamtbreite der PVC-Folie gleichmäßige Prägung ist mit auf die hohe Temperaturgleichmäßigkeit über die Länge der Präge- und Gravierwalze von · Δ Τ <Γ 0,1 K zurückzuführen.

Claims

Erfindungaanspruch

1. Kühlwalze, insbesondere zum Prägen und .Gravieren von ?o- . lien, mit Verdampfungskühlung und einem als Kondensator wirkenden Wärmeübertrager, gekennzeichnet dadurch, daß

- die Innenwand des Außenmantels einer als ein- oder doppelwandiger Hohlzylinder ausgebildeten Kühlwalze (1) mit einer Auskleidung (3) versehen ist, die eine große wirksame Oberfläche bzw. hohe Kapillarität sowie eine gute

"Λ Wärmeleitfähigkeit aufweist und

- die Kühlflächen des Kondensators (9) im Innenraum bzw. ,^ Mantelzwischenraum der Kühlwalze (1), der mit Flüssigkeit und Dampf des Walzen-Kühlmediums (2) gefüllt,

: dampf- und flüssigkeitsdicht ausgebildet und an eine Druckregeleinrichtung angeschlossen ist, außerhalb der flüssigen Phase des Walzen-Kühlmediums (2) feststehend

' oder mit der Kühlwalze (1) mitrotierend angeordnet sind,

':2. Kühlwalze nach Punkt .1, gekennzeichnet dadurch, daß die ; Auskleidung (3) aus Stahlwolle oder einem gleichartigen ; Material und/oder gut wärmeleitendem offenporigen Kochpolyinerenschaum besteht und vorzugsweise profiliert, z. B.

mittels eines die Auskleidung umhüllenden profilierten und gelochten Bleches, ausgebildet ist.

.3· Kühlwalze nach Punkt 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch,

daß die Kühlflächen des Kondensators (9) als Innenmantel '. der doppelwandigen Kühlwalze (1) ausgebildet sind.

4. Kühlwalze nach Punkt 1 oder 3» gekennzeichnet dadurch, daß der Kondensator (9) eine Plüssigkeits-, Verdunstungsoder Luftkühlung aufweist.

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5ο Kuh.lv/alze nach. Punkt 3» gekennzeichnet dadurch', daß im ITabenraura der doppelwandigen Kühlwalze (1) ein Düsenrohr zuoi Versprühen eines flüssigen Kondensator-Kühlmediums ·.. (7) angeordnet ist.

- Hierzu 1 Seite Zeichnung -