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INTECH GmbH
Als Walzen bezeichnet man ein Verfahren der Verarbeitung von Polymerstoffen, das darin besteht, dass das Material durch die Spalten zwischen den beheizten und gegensinnig laufenden metallischen Walzen mehrmals hindurchgeführt wird. Die Temperatur und die anzulegenden mechanischen Kräfte wirken so, dass das Polymer aus dem festen Zustand in den zähflüssigen Zustand übergeht. Das Polymer wird weich, wird gemischt und schließlich durch die Einwirkung der Verformungskräfte homogenisiert. Das Walzen setzt die Verdichtung eines Materials voraus, die von einer Scherverformung begleitet wird, dadurch wird die Molekülmasse eines Makromoleküls kleiner.
Während des Walzens übt der Temperaturwert auf die Makroradikale Einfluss aus, die im Laufe von mechanisch-chemischen Prozessen entstehen. Die Makroradikale können:
Unten sehen wir eine schematische Darstellung eines Walz- und Kalandrierungsprozesses.
Das Walzen wird eingesetzt:
Die gegensinnig laufenden Walzen erhöhen den Verformungsgrad. Die Drehgeschwindigkeit der hinteren Walze (w2) ist höher, als die Drehgeschwindigkeit der Vorderwalze (w1). Das Verhältnis zwischen den Geschwindigkeiten der hinteren und der vorderen Walze heißt Walzenfriktion (oder Friktionsfaktor). Als Regel beträgt dieser Faktor von 1.1 bis 1.4. Die Walzen können in zwei Betriebsarten arbeiten: in einem periodischen Betrieb und in einem kontinuierlichen Betrieb.
Das Kalandrieren ist ein kontinuierliches Verfahren der Verarbeitung von Polymeren. Diese Technologie wird eingesetzt:
Die Kalandriertechnik wird bei den kontinuierlich laufenden Maschinen eingesetzt, deren Hauptbauteil ein Mehrwalzenkalander ist. Im Vergleich zum Walzen wird das Polymer während des Kalandrierens nur einmal durch den Spalt hindurchgeführt. Für die Herstellung der Folie kalibrierter Dicke soll das Polymer durch mehrere Spalten hindurchgeführt werden, die zwischen den Kalanderwalzen entstehen. Die Kalander werden mit drei oder mehr Walzen ausgerüstet, die sich mit einer höheren Geschwindigkeit drehen, als die beim Walzen einzusetzenden Walzen. Zuerst wird das homogenisierte und plastifizierte Material in den Spalt der ersten Walzenpaar zugeführt. Die Materialschichten bewegen sich entlang der Walzenoberfläche mit einer Geschwindigkeit, die mit einer linearen Walzengeschwindigkeit gleich ist. Am Anfang der Bewegung werden die inneren Materialschichten einer Ausstoßkraft unterzogen, und weiter werden sie durch die Reibungskräfte in den Walzenspalt eingezogen. Die Materialschichten bewegen sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten, was zu einer besseren Materialplastifizierung führt und eine Scherverformung hervorruft. In dem Maße, wie sich das Material zum Spalt nähert, erhöht sich die Geschwindigkeit der mittleren Schichten gravierend. Die Geschwindigkeit erreicht ihren maximalen Wert, wenn die Schicht durch den Spalt geht. Wenn der Spalt verlassen wird, reduziert die Geschwindigkeit und fällt bis zu einer Walzengeschwindigkeit ab.
Also, im Walzenspalt fließt die Schmelze mit Geschwindigkeitsdifferenzen und mit einem Druckabfall. Eine gravierende Geschwindigkeitsdifferenz beim Fließen tief im Kanal bewirkt eine hohe Scherspannung, was die Homogenisierung wesentlich verbessert, aber eine starke Orientierung der Makromoleküle in der Fließrichtung hervorruft. Dieser Effekt verstärkt sich dadurch, dass die Temperatur der Schmelze bei den Walzen nicht so hoch ist und die Schmelze nach dem Kalander schnell abgekühlt wird. Dadurch ist die Entspannung unwahrscheinlich.
Die Orientierung der Makromoleküle in der Kalanderrichtung ist das Ergebnis eines gerichteten Fließens des hochzähen Polymers über die Walzen. Die Folge dieses Prozesses ist Anisotropie von mechanischen Eigenschaften, sowie auch Folienschrumpfung, d.h. „Kalandereffekt“. Dieser Effekt und die hochelastische Formänderung werden durch eine vorläufige Massenplastifizierung und durch Erhöhung der Walzentemperatur reduziert.
Die Qualität der Meterwaren kann die Kalandriertemperatur bewirken, die das Niveau der Orientierung der Makromoleküle bestimmt. Das Temperaturniveau soll sich in Rahmen einer Fließtemperatur des zu verarbeitenden Polymers befinden, und die vom Kalander abzunehmende Folie darf am Kalander nicht kleben und ihre Form nicht verlieren. Es ist zu betonen, dass während der Förderung einer Schmelze durch die Walzen die Spreizkräfte entstehen, die zur Walzenbiegung führen können. Bei der Walzenbiegung weisen die hergestellten Folien die Dickenabweichungen auf.
Zur Vermeidung der Dickenabweichungen kommen unterschiedliche Methoden zum Einsatz:
Heutzutage finden die Walzmaschinen bei der Herstellung von Folien und Blechen aus Vinylplast, PVC-P, Phenolpressmassen, sowie aus CA die Anwendung. Die Walzenoberfläche kann glatt oder texturiert sein, anhängig von dem herzustellenden Erzeugnis. Die Walzenoberfläche muss zugleich verschleißbeständig sein und geringe Rauheit aufweisen. Die obere Walzenschicht wird aus einem hochfesten Stahl hergestellt, was eine gute Lebensdauer gewährleistet.
Als Walzmaschinen bezeichnet man die Ausrüstung, die zur Verarbeitung von Polymeren und zur Herstellung von Erzeugnissen eingesetzt werden. Als Walzprozess bezeichnet man eine Gruppe von Verarbeitungsprozessen der polymeren Vorprodukte. Die Ausrüstung, mit der die Fertigprodukte oder die Halbzeuge aus Polymer hergestellt werden, heißt Kalander, die Gruppe von entsprechenden Prozessen heißt das Kalandrieren.
Das Polymer wird einer mechanischen Einwirkung von Walzen und Kalandern im Walzenspalt unterzogen. Mechanische Prozesse gelten in diesem Fall als haupttechnologische Effekte.
Die Walzmaschinen sind die Ausrüstungen, die bei der Verarbeitung von Gummigemischen und Kunststoffen breite Anwendung finden. Walzen und Kalander gehören zu den Arten der Walzausrüstung. Die Kalander werden zur Herstellung von Folien und Blechen (auch mit einem geprägten Muster) und zum Auftrag von Polymerbeschichtungen auf eine Grundgewebe oder auf eine andere Grundlage verwendet. Die Walzen finden beim Mischen, bei der Homogenisierung von Komponenten, der Plastizierung, beim Ausmahlen, bei der Anreibung und bei anderen technologischen Operationen ihre Anwendung. Die Prozesse der Polymerverarbeitung sind am Kalander und mit den Walzen in vieler Hinsicht gleich.
Die Hauptfunktionsorgane einer Walzmaschine sind durch zwei zylindrische gegensinnig rotierende Hohlwalzen mit unterschiedlichen Umlaufgeschwindigkeiten vertreten. Die Walzenachsen liegen in der horizontalen Ebene. Die Anzahl der Walzen kann von 2 bis 5 betragen, sie bilden die Paare mit gegensinniger Drehrichtung.
Das zu verarbeitende Polymer wird von der Walzenoberfläche in den Walzenspalt durch die Verzahnungskräfte eingezogen, danach verformt und zersetzt.
Mit Hilfe von Walzmaschinen sind viele technologische Operationen zu realisieren, sie haben einfache Konstruktion und sind mit folgenden Bauteilen ausgerüstet:
In den Maschinen, die nur mit einem Walzenpaar ausgerüstet sind, wird das Polymer durch einen Spalt hindurchgeführt. In den Maschinen, die mit mehr, als zwei Walzen ausgerüstet sind, wird das Polymer durch mehrere Walzenspalten hindurchgeführt.
Hauptfunktionsbauteile der Walzausrüstung sind die Walzmaschinen. Die Walzmaschinen bestehen auf zwei gegossenen und auf einem Fundament befestigten Ständern und sind mit zwei Walzen ausgerüstet. Die Ständer haben zwei Aussparungen für den Einbau von zwei Lagergehäusen für die Walzen. Das Lagergehäuse der Vorderwalze ist verschiebbar, das Lagergehäuse der hinteren Walze ist fest. Die Ständer sind von oben durch die Querträger befestigt. Das Lagerpaar der Vorderwalze wird mittels zwei Mechanismen für die Spaltregelung verschoben, mit denen man den Spalt zwischen zwei Walzen einstellt.
Bestandteile der Walzmaschine:
1 – elektrischer Antriebsmotor; 2 - Lager; 3 - Notausvorrichtung; 4 - Mechanismus für die Spaltregelung; 6 - Ständer; 7 - Begrenzungsplatte; 8 - Unterwanne; 9 - Fundamentplatte; 10 - Walzen.
Die Einstellschrauben (Anstellschrauben) werden automatisch mittels einzelnen E-Motoren mit zweistufigen Schneckengetrieben oder manuell mit einem Handrad betätigt. Die Mechanismen der Walzenspaltregelung befinden sich am Ständer von der Seite der Vorderwalze. Die Endschalter begrenzen die Walzenverschiebung und schalten im Notfall die elektrischen Antriebe aus. Die Begrenzungsplatten vermeiden, dass das zu walzende Gemisch außerhalb der Arbeitsfläche der Walzen gelangt. In der unter den Walzen liegenden Unterwanne werden die Materialschnitzel gesammelt.
Kinematisches Schema der Walzmaschinen ist auf dem Bild 6 dargestellt. Die unter der Maschine angebrachte Laufwelle besteht aus standardmäßigen Bauteilen, die mittels Scheibenkupplungen verbunden sind. Das Drehmoment wird vom Getriebe des elektrischen Motors übertragen:
Der Gruppenantrieb ist mit den elektrischen langsamlaufenden Asynchronmotoren ausgerüstet.
Kinematisches Schema von 3 Walzenmaschinenen mit Heizwalzen:
Die Auswahl der Walzenantriebe ist von wirtschaftlichen Faktoren abhängig. Wenn es ein individueller Antrieb ist, muss die Motorleistung einer maximalen Last beim Anlaufen der Walzen entsprechen. Im Weiteren funktioniert der Motor im Unterlastbetrieb. Um die Motorüberlastung zu vermeiden, muss die Motorleistung beim maximalen Energieverbrauch den mittleren Wert um 1,5-2-fache überschreiten. Die Motorbelastung wird ausgeglichen, wenn die Walzen mit einem Doppelmotor oder einem Reihenmotor (Gruppenmotor) ausgerüstet sind. Der Grund besteht darin, dass die Produktbeschickung bei der ersten Walze beginnt und hinsichtlich der anderen Walzen verschoben aussieht.
Die Walzenoberfläche kann glatt ober geriffelt sein. Die Walzen haben eine Hohlkonstruktion. In den Innenraum wird ein Kühlmedium oder Heizmedium zugeführt. Bei der Verarbeitung von Gummigemischen sind die Walzen mit dem Wasser abzukühlen. Bei der Verarbeitung von Kunststoffen werden die Walzen mit dem überhitzten Dampf aufgeheizt.
Das Konzept der Walzenheizung kann auch für die Abkühlung der Walzen eingesetzt werden. Im Ringspalt der Führungsbuchse und des Druckdeckels wird eine Stopfbuchsabdichtung eingebaut. Das Heizmedium wird durch das im Inneren der Walze liegende Rohr zugeführt. Laut dem Abkühlungsplan wird das Wasser auch ins Rohr im Walzeninneren zugeführt. Damit das Wasser im inneren Rohrbereich austritt sind im Arbeitsbereich der Walze Düsen vorgesehen. Durch diese Düsen wird das Wasser mit einer Geschwindigkeit 6-12 m/s verspritzt. Danach sammelt sich das Wasser unten und füllt den Walzenraum ein. Das Wasser geht durch die Öffnungen der Führungsbuchse durch und bleibt im Abflusstrichter stehen, bis es in die Kanalisation abgeleitet wird.
Die zur Verarbeitung von Elastomeren vorgesehenen Walzenlagen sind zentralgeschmiert. Manuelle Dauerschmierungsstation versorgt die Baugruppen mit dem Öl mittels automatischen Schmierapparaten. Die Schmierung ist eine Umlaufschmierung (das Öl verschiebt sich im geschlossenen Kreislaufsystem mit einem Kühlfilter und kühlt die Lager ab). Der Zwischenwalzenspalt wird mit Hilfe von speziellen Mechanismen eingestellt. Der Mechanismus besteht aus einem im Ständer fest verschraubten Schraubenpaar, die Schraube zieht das Lagergehäuse der Vorderwalze fest.
Um einen gleichmäßigen Spalt über die ganze Walzenlänge sicherzustellen, sind einige Konstruktionen des Regelungsmechanismus mit Verriegelungen versehen, durch die auch die Lagerverschiebungen ergeben.
Damit die Walzen nicht brechen, wird zwischen der Schraube und der Stützschale eine Sicherungsscheibe eingebaut. Bei Überlast wird die Scheibe abgerissen und der Spalt zwischen den Walzen wird sofort größer.
Die Walzen sind Hauptfunktionsorgane der Walzmaschinen. Die Walzmaschine kann mit zwei Walzen oder mit einigen Walzen ausgerüstet sein. Die Walzenachsen liegen horizontal und parallel zueinander. Die Walzen rotieren in Gegenrichtung und bilden die Walzenpaare.
Die zu verarbeitende Masse wird von der Walzenoberfläche in den Walzenspalt eingezogen und verformt. Wenn die Walzenmaschine nur ein Walzenpaar hat, kann sie folgende Operationen durchführen:
Bei der Polymerverarbeitung mit den Walzmaschinen werden folgende Arten der Materialverarbeitung ausgeführt:
Die Walzen können bei folgenden Prozessen zum Einsatz kommen:
Die Prozesse der Polymerverarbeitung sind mit Kalandern und mit den Walzen in vieler Hinsicht gleich.
Mit den Walzmaschinen werden die Bleche und die Folien (die mehrschichtigen Folien auch), Block-und Pfropfcopolymere hergestellt, die Muster und die Reliefs auf eine Oberfläche auftragen, die Polymermaterialien mit Gewebe oder Gitter armiert. Diese Ausrüstung findet in der Chemie- und Gummiindustrie eine breite Anwendung.
Getrieben und plastik equipment
Kegelradgetrieben
Spritzgießmaschinen, Thermoplastautomaten
Getrieben
Getriebemotoren
Stirnradetrieben
Kunststoffpressen, tablettieranlagen
Walzmaschinen, Kalandern
Planetenradgetrieben
Variatoren
Schneckengetrieben
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