Способ и устройство для охлаждения материала в форме пластин или полотна с помощью теплопоглощающих или теплоотражающих пластин

Изобретение относится к способу охлаждения материала в форме пластин или полотна, в частности пластин или лент из пластмассы, а также к устройству для охлаждения такого материала. В способе охлаждения материал перемещают вдоль участка охлаждения. Тепло, выделяемое материалом, частично поглощается и/или отражается покрывными элементами, установленными выше и/или ниже материала. Зоны поглощения и/или отражения регулируют различным размещением и/или изменением количества покрывных элементов. Описано также устройство для охлаждения материала, в частности экструдированных полос или полотен, с транспортером для охлаждения материала во время движения. Изобретение позволяет получать экструдаты, практически не имеющие неоднородностей материала и внутренних напряжений, при небольших технологических затратах. 2 н. и 19 з.п. ф-лы, 9 ил.

 

Изобретение относится к способу охлаждения материала в форме пластин или полотна, в частности пластин или лент из пластмассы, причем материал перемещают вдоль участка охлаждения, а также к устройству для охлаждения такого материала, содержащему транспортер, на котором материал может охлаждаться при движении.

Для получения пластин или полотна из пластмассы гомогенная смесь, выдавливаемая из экструдера через плоскую щелевую головку, преобразуется в широкую расплавленную полосу. Вслед за этим расплав проходит через каландр.

Известны устройства, которые под действием поверхностного давления охлаждают экструдированное полотно из термопластика до температуры, при которой заканчивается выравнивание поверхности. Согласно DE 3530309 А1 как калибровку и разглаживание ленты из термопластика, так и отвод тепла берет на себя двухленточный пресс. В документе DE 19845652 А1 описаны два расположенных попарно напротив друг друга конструктивных элемента, действующих на полотно материала, каждый из которых включает приводимую в действие мотором контактирующую с лентой материала металлическую полосу, охлаждаемую в зоне прилегания. Этими металлическими полосами полотно материала транспортируется, разглаживается и охлаждается. Оба эти устройства осуществляют как разглаживание, так и охлаждение полотен из пластмассы, что повышает технологические издержки на охлаждающие устройства, так как они должны также действовать одновременно и как устройства калибровки и разглаживания. Таким образом, охлаждающие устройства не могут просто использоваться для пластин или полотен с другой толщиной или из других материалов, а должны индивидуально подбираться для каждого обрабатываемого материала и для каждой толщины материала.

Из документа DE 19752501 С2 известны охлаждающие устройства для охлаждения пластин или полотен из пластмассы, причем пластины или полотна после выхода из валкового каландра проходят через роликовый транспортер, и предусматриваются приспособления, которые раздельно охлаждают воздухом верхнюю и нижнюю стороны пластины или полотна. Эти приспособления проходят на заданную длину пластины или полотна и изолированы от окружающей среды. В каждом приспособлении воздух приводится в циркуляционное движение посредством нескольких распределенных по ширине пластины или полотна воздуходувок, причем в этом контуре предусмотрен холодильный агрегат. Установка такого активного охлаждающего устройства с замкнутым контуром охлаждения как выше, так и ниже транспортера технически очень затратна и требует большой высоты помещения.

Из уровня техники известны, кроме того, установки для получения полотен или пластин из пластмассы (DE 19752501 С2, столбец 1, строки 6-21), в которых экструдированные пластмассовые пластины или полотна подаются в валковый каландр для выравнивания толщины и обработки поверхности, причем одновременно для достижения желательных свойств нужно добиваться регулируемого охлаждения через контакт с лощильными валами. Дальнейшее охлаждение до температурного уровня, который допускает последующее манипулирование или обработку, проходит на роликовом транспортере путем контакта с воздухом окружающей среды. Длина транспортера рассчитывается соответствующим образом. Повышение мощности такой установки имеет пределы, так как транспортер должен иметь только конечные и по возможности небольшие длины, которые в большинстве случаев ограничены конструкционными условиями.

В случае валкового каландра расплав, выходящий из плоской щелевой головки, поступает в первый раствор валков. При прохождении каландра поверхности пленки выравниваются и строго параллельной проводкой первой пары валков доводятся до большой однородности по толщине. Валковый каландр влияет на качество полуфабриката не только в первом растворе валков, но также и при следующих обхватах валков. Там в зависимости от температуры валков, времени контакта с валками, толщины товарной ленты и вида синтетического материала (аморфный, частично кристаллический) получаются такие ориентация и внутреннее напряжение в пластмассовых полотнах, которые имеют значение для необходимой плоскостности листа.

Несимметричные температурные профили, неизбежно возникающие при охлаждении пленки или листа, вызывают вследствие смещенного по времени застывания разницу растяжений по толщине полуфабриката. Из-за этого возникают внутренние напряжения. Регулированием температуры валков пытаются выровнять несимметричный температурный профиль при переходе от расплавленного в твердое состояние. Для частично кристаллических синтетических материалов это выравнивание провести сложнее, чем для аморфных. Здесь валки должны очень сильно охлаждаться, чтобы предотвратить прилипание расплава к поверхности валков и кристаллизацию, влияющую на прозрачность. В этом случае выравнивание внутренних напряжений будет улучшено последующей термообработкой. При этом, однако, в случае частично кристаллических синтетических материалов дело может дойти до повторной термической кристаллизации, что опять же ухудшает оптические свойства.

Задачей настоящего изобретения является создать способ, который при сравнительно небольших технологических затратах позволяет получать экструдаты в виде пластин или полотна, которые практически не имеют неоднородностей материала и внутренних напряжений. Кроме того, должно быть предложено устройство для осуществления способа.

Эта задача с точки зрения способа решена признаками независимого пункта 1, а с точки зрения устройства признаками независимого пункта 8 формулы изобретения.

Посредством способа или устройства согласно изобретению для воздействия на процесс охлаждения используется собственная энтальпия материала, благодаря чему использование внешних источников энергии можно сократить. Путем отказа от активных действий по охлаждению, как они известны из уровня техники, задача может быть решена с относительно низкими технологическими затратами. От сокращения длины роликового участка охлаждения осознанно отказываются, чтобы обеспечить процесс однородного охлаждения.

Кроме того, с помощью способа или устройства согласно изобретению целенаправленно действуют на протекание процесса охлаждения во времени так, чтобы экструдат охлаждался как можно более равномерно. За счет этого можно избежать образования неоднородностей в материале и вызываемого этим коробления пластин или лент.

Материал в форме пластин или полотна подвергается при транспортировке через открытый или соответственно незащищенный участок охлаждения свободной конвекции и излучению тепла. На оба эти процесса сильно влияют условия непосредственного окружения материала, такие как температура и скорость потока окружающей среды, как правило воздуха. Процесс охлаждения материала можно регулировать целенаправленным воздействием излучения или реабсорбцией тепла. Это происходит за счет установки покрывных элементов, которые поглощают и/или отражают тепловое излучение, выше и/или ниже материала. Эти покрывные элементы должны покрывать перпендикулярно направлению транспортировки, по меньшей мере, всю ширину участка охлаждения, чтобы предотвратить возможные краевые эффекты.

Укрепление покрывных элементов только на одной стороне участка охлаждения уже сильно изменяет характеристики излучения. Более однородных характеристик и тем самым более гомогенного материала можно достичь применением покрывных элементов на обеих сторонах как выше, так и ниже участка охлаждения.

На зоны поглощения и/или отражения можно влиять расположением и/или числом покрывных элементов, которые размещаются выше и/или ниже участка охлаждения. Путем свободного выбора как числа, так и положения покрывных элементов по всей длине участка охлаждения можно очень гибко удовлетворять текущим условиям, как, например, температура воздуха и температура поверхности материала.

С помощью покрывных элементов можно менять степень поглощения или отражения путем изменения расстояния между материалом и покрывными элементами (зависимый п.2). Чем меньше расстояние между материалом и покрывным элементом, тем медленней охлаждается материал, и тем меньшие внутренние напряжения могут создаваться в этом материале.

Подобные эффекты могут быть достигнуты также изменением размера отдельных зон, в которых целенаправленно влияют на поглощение и/или отражение (зависимый п.3).

Еще проще могут подгоняться к фактическим требованиям области целенаправленного поглощения и/или отражения, если в этих областях измерять температуру окружающей среды и/или поверхности материала (зависимый п.4).

Благоприятно предусмотреть, чтобы протяженность зоны и/или степень поглощения и/или отражения автоматически регулировались в соответствии с зарегистрированными значениями температуры (зависимый п.5).

Устройство согласно изобретению предусматривает выше и/или ниже транспортера, вдоль которого движется материал, один или несколько покрывных элементов, чтобы гибко подогнать к требованиям степень поглощения и/или отражения тепла, излученного материалом в определенных областях.

При этом расстояние между покрывными элементами и материалом благоприятным образом регулируется на транспортере (зависимый п.7).

Затем покрывные элементы должны быть подвижны вдоль направления движения, чтобы можно было просто устанавливать оптимальное положение области с усиленным поглощением и/или отражением. Кроме того, размер покрытия и тем самым степень поглощения и/или отражения можно регулировать добавлением или удалением покрывных элементов (зависимые пп.8 и 9).

Предпочтительно один или несколько покрывных элементов имеют соответственно один или несколько температурных сенсоров, с помощью которых можно, например, определить температуру окружающей среды и температуру поверхности материала (зависимый п.10).

В самом простом варианте исполнения в качестве покрывных элементов предусматриваются соответственно одна или несколько пластин, которые могут быть просто установлены подвижно над и/или под участком охлаждения (зависимый п.11), однако предпочтительно в качестве покрывных элементов применяют короба со шторными створками с одной или несколькими шторными створками (зависимый п.12).

В одном особенно благоприятном варианте исполнения шторные створки могут вдвигаться и выдвигаться с обеих сторон короба, направление вдвигания и выдвигания шторных створок должно проходить вдоль направления транспортировки. Более благоприятным образом короба монтируются подвижно на рельсовую систему, дополнительно может предусматриваться электрический привод для перемещения коробов (зависимые пп. с 13 по 16).

В одном предпочтительном варианте исполнения для автоматического регулирования расстояния между покрывными элементами и материалом и/или расстановки покрывных элементов вдоль направления движения и/или поверхности, покрытой покрывными элементами, предусмотрена система регулирования в соответствии с измеренными температурными датчиками значениями температуры (зависимый пункт 17).

Как правило, предпочтительно, именно выбором покрытия и/или материала покрывных элементов влиять на степень поглощения и/или отражения. Материал и/или покрытие могут также изменяться от элемента к элементу, чтобы достичь особенно благоприятной кривой охлаждения. Для регулирования степени поглощения и/или отражения предусмотрены покрывные элементы из различных сильно поглощающих или сильно отражающих материалов.

Для регулирования степени поглощения и/или отражения предусмотрены покрывные элементы с различными сильно поглощающими или сильно отражающими покрытиями на обращенных к материалу поверхностях.

Для регулирования процесса охлаждения во времени зона охлаждения регулируется изменением количества и/или различным покрытием отдельных покрывных элементов и/или их материалом, и/или последовательностью их расположения (зависимые пп. с 18 по 20).

Далее, для регулирования степени поглощения и/или отражения можно целесообразным образом предусмотреть покрывные элементы, которые имеют пластинки, наклон которых относительно материала может плавно регулироваться. Таким образом можно менять достигаемую с помощью покрывного элемента степень поглощения и/или отражения почти между 0% и до 100% (зависимый пункт 21).

Далее с привлечением чертежей поясняются три примера исполнения устройства согласно изобретению. Показано:

фиг.1 - первый вариант исполнения соответствующего изобретению устройства для охлаждения материала в форме пластин или полотна простыми пластинами в качестве покрывных элементов, вид сбоку,

фиг.2 - устройство по фиг.1, вид сверху,

фиг.3 - второй вариант исполнения соответствующего изобретению устройства для охлаждения материала в форме пластин или полотна с помощью коробов со шторными створками, которые содержат вдвижные и выдвижные шторные створки, вид сбоку.

фиг.4 - устройство по фиг.3, вид сверху,

фиг.5 - третий вариант исполнения соответствующего изобретению устройства для охлаждения материала в форме пластин или полотна, при котором покрывные элементы имеют пластинки, вид сбоку с закрытыми пластинками,

фиг.6 - устройство по фиг.5, вид сверху,

фиг.7 - устройство по фиг.5, вид сбоку с открытыми пластинками,

фиг.8 - устройство по фиг.5, вид сверху с открытыми пластинками, и

фиг.9 - экструдер с роликовым участком охлаждения согласно уровню техники.

На фиг.9 показан уровень техники. При выходе из показанного схематически экструдера 1 расправленная заготовка с помощью щелевой головки 2 превращается в пластмассовые пластины или полотно 3. В следующем далее валковом каландре 4 они разглаживаются и доводятся до большой равномерности по толщине. При последующем продвижении на участке 5 роликового охлаждения пластмассовые пластины или полотна 3 охлаждаются путем контакта с воздухом окружающей среды.

Соответствующее изобретению устройство охлаждения пластмассовых пластин или полотен 3, показанное на фиг.1, состоит из транспортера, который образован как участок 5 роликового охлаждения. Выше и ниже участка 5 роликового охлаждения установлено стопорное устройство 7, в котором в качестве покрывных элементов размещены простые пластины, чтобы влиять на протекание процесса охлаждения материала во времени.

На фиг.2 показан вид сверху устройства согласно фиг.1. Хорошо видно, как добавлением или удалением покрывных пластин 6 может меняться размер зоны, в которой воздействуют на степень поглощения и/или отражения. Перераспределением и/или перемещением отдельных покрывных элементов 6 получают дальнейшие разнообразные возможности просто и целенаправленно влиять на характеристики охлаждения материала 3.

На фиг.3 показан один предпочтительный вариант исполнения в виде сбоку. Опять участок транспортировки материала 3 образован как участок 5 роликового охлаждения. Короба 9 со шторными створками установлены выше и ниже участка 5 роликового охлаждения на систему 10 рельсов подвижно вдоль направления движения. Расстояние между материалом и системой 10 рельсов может регулироваться устройством 11 регулировки расстояния. Температурные измерительные зонды 12 дают возможность гибко реагировать на изменения температуры окружающей среды и/или температуры поверхности материала.

Как показывает вид сверху по фиг.4, из коробов 9 со шторными створками в направлении движения с обеих сторон могут выдвигаться и вдвигаться шторные створки 8. Увеличением или уменьшением зон, накрытых шторными створками 8, их вдвиганием или выдвиганием, а также перемещением коробов 9 вдоль системы 10 рельсов и регулированием расстояния между материалом 3 и шторными створками 8 с помощью устройства 11 регулировки расстояния можно быстро и легко реагировать на все изменения условий окружающей среды. Температурные измерительные зонды 12, которые установлены на шторных створках 8, облегчают контроль за условиями окружающей среды и позволяют в соответствии с ними регулировать величину и положение защищенных зон.

На фиг.5-9 приведены другие предпочтительные варианты исполнения изобретения, в которых покрывные элементы состоят, по существу, из пластинок 13, а размеры зон, в которых они влияют на степень поглощения и/или отражения, могут регулироваться изменением угла наклона пластинок 13. На фиг.5 и 6 показан вид сбоку и вид сверху этого устройства при закрытых пластинках 13, а фиг.7 и 8 показывают его с максимально открытыми пластинками. Однако можно также применять любые углы наклона, лежащие между этими предельными положениями. Благодаря этому достигнутая степень поглощения и/или отражения очень гибко подстраивается к реальным условиям. Более благоприятно, когда дополнительно к требованиям может подгоняться число применяемых покрывных элементов.

Представленные в деталях устройства согласно изобретению могут применяться для осуществления соответствующего изобретению способа, однако для этого могут также применяться и любые другие покрывные элементы, которые подходят для того, чтобы воздействовать на степень поглощения и/или отражения в определенных зонах выше и/или ниже участка охлаждения.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

1 экструдер

2 плоская щелевая головка

3 расплавленная заготовка/пластмассовое полотно

4 каландр

5 роликовый участок охлаждения

6 пластины

7 опорное устройство

8 шторные створки

9 короба со шторными створками

10 рельсовая система

11 устройство регулировки расстояния

12 температурный измерительный зонд

13 пластинки

1. Способ охлаждения материала в форме пластин или полотен (3), в частности пластмассовых пластин или полотен, причем материал перемещают вдоль участка охлаждения, отличающийся тем, что тепло, выделяемое материалом (3), частично поглощается и/или отражается покрывными элементами (6, 9), установленными выше и/или ниже материала, причем зоны поглощения и/или отражения регулируют различным размещением и/или изменением количества покрывных элементов (6, 9).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что степень поглощения и/или отражения регулируют изменением расстояния между покрывными элементами (6, 9) и материалом (3).

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что пространственное протяжение отдельных зон можно изменять.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в зоне поглощения и/или отражения измеряют температуру окружающей среды и/или температуру поверхности материала.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что протяженность зоны и/или степень поглощения и/или отражения автоматически регулируют в соответствии с измеренными значениями температуры.

6. Устройство для охлаждения материала (3) в форме пластин или полотна, в частности, экструдированных пластмассовых полос или полотен, с транспортером (5) для охлаждения материала (3) во время движения, отличающееся тем, что выше и/или ниже транспортера (5) размещен один или несколько покрывных элементов (6, 9) для частичного поглощения и/или отражения выделяемого материалом (3) тепла, причем регулирование зон поглощения и/или отражения обеспечено различным расположением и/или изменением количества покрывных элементов (6, 9).

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что расстояние между материалом (3) и покрывными элементами (6, 9) может регулироваться.

8. Устройство по п.6 или 7, отличающееся тем, что покрывные элементы (6, 9) установлены с возможностью перемещения вдоль направления движения материала.

9. Устройство по п.7, отличающееся тем, что зона покрытия регулируется добавлением или удалением покрывных элементов (6, 9).

10. Устройство по п.7, отличающееся тем, что один или несколько покрывных элементов (6, 9) снабжены соответственно одним или несколькими температурными сенсорами.

11. Устройство по п.7, отличающееся тем, что в качестве покрывных элементов предусмотрены одна или несколько пластин (6).

12. Устройство по п.7, отличающееся тем, что в качестве покрывных элементов предусмотрены короба (9) со шторными створками, с вдвижными и выдвижными шторными створками (8).

13. Устройство по п.7, отличающееся тем, что предусмотрены короба (9) со шторными створками, из которых шторные створки (8) могут вдвигаться и выдвигаться с обеих сторон.

14. Устройство по п.12 или 13, отличающееся тем, что шторные створки (8) могут вдвигаться и выдвигаться вдоль направления движения материала (3).

15. Устройство по п.13, отличающееся тем, что для перемещения коробов (9) со шторными створками предусмотрена рельсовая система (10).

16. Устройство по п.13, отличающееся тем, что для перемещения коробов (9) со шторными створками предусмотрен электрический привод.

17. Устройство по п.13, отличающееся тем, что в нем для автоматического регулирования расстояния между покрывными элементами (6, 9) и материалом (3) и/или положения покрывных элементов (6, 9) вдоль направления движения, и/или поверхности, покрытой покрывными элементами, предусмотрена система регулирования в соответствии со значениями температуры, измеренными температурными сенсорами.

18. Устройство по п.7, отличающееся тем, что для регулирования степени поглощения и/или отражения предусмотрены покрывные элементы (6, 9) из различных сильно поглощающих или сильно отражающих материалов.

19. Устройство по п.7, отличающееся тем, что для регулирования степени поглощения и/или отражения предусмотрены покрывные элементы (6, 9) с различными сильно поглощающими или сильно отражающими покрытиями на обращенных к материалу (3) поверхностях.

20. Устройство по п.7, отличающееся тем, что для регулирования процесса охлаждения во времени зона охлаждения регулируется изменением количества и/или различным покрытием отдельных покрывных элементов (6, 9), и/или их материалом, и/или последовательностью их расположения.

21. Устройство по п.7, отличающееся тем, что для регулирования степени поглощения и/или отражения предусмотрены покрывные элементы (6, 9), которые имеют пластинки (13), наклон которых к материалу (3) может регулироваться.