Nip-Roller-Prozess

Datum: 30. September 2022

Von Luc Moeyersons

Ein Blick auf den Walzenprozess.

Ofen – Heizkonzepte:

Konvektion (Umluft):

- Unempfindlich gegenüber (IR-reflektierenden) Glasbeschichtungen - Langsamer Prozess - Wärmeübertragung abhängig von Glasmasse/-dicke

Langwellige IR-Strahlung:

Weitere Informationen finden Sie in diesem Kapitel.

Kurzwellige IR-Strahlung:

Weitere Informationen finden Sie in diesem Kapitel.

Mikrowellen:

Infrarot-Heizkonzept

Wenn man sich Absorptionsscans der Zwischenschichtfolie ansieht, kann man feststellen, dass etwa 3,5 Mikrometer (3500 Nanometer) PVB und andere Zwischenschichten/Einsätze Energie absorbieren, während Glas diese Energie überträgt.

Wenn man sich die Durchlässigkeit anschaut, sieht man, dass Glas (unabhängig von der Farbe) ca. durchlässt. 30 % dieser spezifischen IR-Energie, während PVB bei dieser spezifischen Wellenlänge weniger als 10 % durchlassen würde.

Richtige IR-Strahlung:

Übertragen auf einen Laminierungserwärmungsprozess mit (richtigen) IR-Heizelementen über und unter den Laminaten und basierend auf der Einschätzung von Thermoelementen würde man bei der Verwendung von 4-mm-Glas und einer Zwischenschicht von 0,76 mm erwarten, dass das Glas ca. 70 % der Energie, 20 % an der PVB/Glass-Grenzfläche und 10 % durch das PVB.

Falsche IR-Strahlung:

Bei Verwendung von IR-Elementen mit kurzer Wellenlänge (Strahlungsspitze etwa 1,5 Mikrometer) würde der Großteil der IR-Energie durch das Glas und das PVB gelangen. Dies würde bedeuten, dass viel Energie im Inneren des Ofens verloren geht, von allen möglichen Elementen absorbiert und in Konvektionsenergie/Wärme umgewandelt wird.

Man kann davon ausgehen, dass 20 % der Infrarotenergie vom Glas absorbiert würden, 5 % an der PVB/Glas-Grenzfläche, 5 % vom PVB und 70 % durch das Laminat dringen und in Konvektionsenergie umgewandelt würden. Beachten Sie, dass Konvektionserwärmung ein langsamerer Prozess ist als Strahlung.

Das IR-Element, das diesen konzentrierten IR-Strahlungspeak bei etwa 3,5 Mikron (2,5 bis 4,5 Mikron) liefert, wäre ein „Fast Response Element mittlerer Wellenlänge“ (3,5 bis 6 Mikron) bei 90 % der maximalen Emissions-/Brennrate des Elements (1400 °C). gegenüber 1600 °C).

Die Wellenlänge von IR-Elementen wird durch die „IR-Emitter-Temperatur“ festgelegt, sodass Elemente mit mittlerer Wellenlänge durch Beeinflussung der „IR-Emitter-Temperatur“ oder Reduzierung der dem IR-Element zugeführten elektrischen Leistung auf Wellenlängen von 2,5 bis 4,5 Mikrometern abgestimmt werden können. Meiner Meinung nach würden mittelwellige IR-Elemente das beste Gleichgewicht zwischen Strahlungseffizienz und Leistung bieten.

Das Unternehmen Heraeus hat (zusammen mit Doppelrohr-IR-Strahlern) ein System zur Steuerung der Strahlung von IR-Elementen namens Herathron Thyriston Power Controllers entwickelt.

Dieses System ermöglicht die Verknüpfung der Temperatur des Strahlungselements mit der Prozesssteuerung.

Es wurden Experimente durchgeführt, bei denen IR-Elemente mit 90 % der elektrischen Leistung betrieben wurden, um eine ordnungsgemäße Strahlung sicherzustellen, und die Elemente auf ein Niveau von 60 % reduziert wurden, wenn keine Laminate den Ofen passierten.

Dies gewährleistet auch eine sehr schnelle Reaktion auf den Anstieg auf das richtige elektrische Energieniveau, wobei es viel länger dauert (4 bis 5 Mal), bis ein IR-Element (beginnend bei 0) nahezu die maximale „IR-Emitter-Temperatur“ erreicht.

Herathron ermöglicht bei ordnungsgemäßer Installation auch eine unterschiedliche Abstrahlung von oben nach unten.

Dies trägt dazu bei, von beiden Seiten die gleiche Energie bereitzustellen, obwohl die Förderrollen kontinuierlich Energie absorbieren/reflektieren.

Andererseits hilft dieses System dabei, asymmetrische Laminatkonstruktionen in Dicke, Farbe und sogar mit Beschichtungen zu verarbeiten.

Herathron ermöglicht außerdem ein viel besser kontrolliertes elektrisches Energieniveau und infolgedessen eine besser kontrollierte und fokussierte IR-Strahlung.

Ein weiterer wichtiger Punkt ist das Gleichgewicht zwischen IR-Strahlung und Konvektion.

Die meisten IR-Ofenbauer nutzen die Ofentemperatur (Konvektion), um die IR-Strahlung zu steuern.

Zu diesem Zweck verfügen sie über eine Reihe von IR-Elementen (normalerweise paarweise, eines über und eines unter dem Laminatweg), die ständig eingeschaltet sind, und einige, die je nach Ofentemperatur ein- und ausgeschaltet werden.

Durch diese Aktion wird das Gleichgewicht zwischen Konvektion und Strahlung verändert.

Erfolgreiche Versuche wurden durchgeführt, indem die Schornsteine ​​an der Oberseite jedes Ofenabschnitts geöffnet wurden und die Wärme (Konvektion) abgeführt wurde.

Die Öffnung der Schornsteine ​​sollte so gesteuert werden, dass alle IR-Elemente ständig eingeschaltet sind, ohne dass es zu massiven Konvektionswärmeverlusten kommt. Dies ist zwar nicht die energieschonendste Methode, ermöglicht jedoch die anfängliche Einstellung beim Start oder die Definition der Prozessbedingungen.

Ventilatoren im Ofenbereich tragen ebenfalls dazu bei, eine gleichmäßige (Konvektions-)Wärme zu erzeugen.

Eine andere Möglichkeit, das Strahlungs-/Konvektionsgleichgewicht zu kontrollieren, könnte darin bestehen, einen Schalter am Montageband in einiger Entfernung vom Ofen zu installieren. Dieser Abstand sollte mindestens so lang sein (60 Sekunden), wie es dauert, bis der Baugruppenstapel in den Ofen gelangt und alle IR-Elemente vollständig bestrahlt sind.

Rollerline-Konzept:

Konventionelles System – 2 Öfen und 2 Walzen

Der erste (Vor-)Ofen muss das Glas/PVB-Sandwich auf ca. 35 °C erhitzen, um die Luft absaugen zu können, wobei sich das PVB (Oberflächenrauheit) auf der Temperatur der plastischen Verformung befindet.

Anpresswalzendruck:

Es gibt drei (kommerzielle) Möglichkeiten, Druck auf die Andruckwalzen auszuüben:

In allen Fällen sind die Zylinder auf beiden Seiten der Andruckwalzen miteinander verbunden (kommunizierende Gefäße), um den gleichen Druck auf beiden Seiten der Andruckwalzen sicherzustellen.

Pneumatikzylinder:

Zwei Pneumatikzylinder üben Druck (untere Andruckwalzen auf fester Achsenposition, obere Andruckwalzen mit Pneumatikzylindern ausgestattet) auf die oberen Andruckwalzen aus.

Der Druck an beiden Pneumatikzylindern liegt zwischen 3 und 7 bar.

Als ich europäische Hersteller von Laminieranlagen nach dem Durchmesser der verwendeten Druckzylinder fragte (zur Berechnung des tatsächlichen Drucks an den Andruckwalzen), erhielt ich gemischte Antworten (tatsächliche Daten, vage Antworten, Angaben zu vertraulichen Informationen usw.).

Die meisten Anbieter verwenden jedoch einen Druck von 3 bis 7 bar auf die Flaschen.

Hydraulische Zylinder

Zwei Hydraulikzylinder üben Druck (untere Andruckwalzen auf fester Achsenposition, obere Andruckwalzen mit Hydraulikzylindern ausgestattet) auf die oberen Andruckwalzen aus.

Der Druck an beiden Hydraulikzylindern liegt zwischen 3 und 7 bar. (Ein Lieferant verwendet 19 bar, aber mit einem viel kleineren Satz Druckflaschen)

Servospindel-Presszylinder

Zwei Servospindelzylinder üben Druck (untere Andruckwalzen auf fester Achsenposition, obere Andruckwalzen mit Servospindelzylindern ausgestattet) auf die oberen Andruckwalzen aus.

Dieses System soll präziser und konsistenter sein.

Der maximale Klemmdruck beträgt 25 kN/Meter Laminatbreite und wird automatisch in Abhängigkeit von der Glas-/Laminatbreite berechnet.

Bei einem PVB von 44,2 beträgt der Druck beispielsweise 22 kN/Meter Glasbreite (ᵙ 110 N/cm2 Kontaktfläche); Ist das Laminat 2 Meter breit, beträgt die gesamte Presskraft auf das Laminatsandwich 44 kN.

Der Pressdruck sollte (in den meisten Fällen) zwischen 100 und 150 N/cm2 liegen (Ziel 125 N/cm2). Dadurch wird die gummiartige Ummantelung der Andruckwalze um ca. 2 cm (Spaltbreite). Um diese Verformung bei diesem Druck zu erreichen, sollte die Härte der Gummihülle 60 – 80 Share A betragen. Bei den meisten Andruckwalzenlinien bedeutet dies, dass ein Druck auf die Zylinder, der die Walzen zusammendrückt, 3 bis 5 bar beträgt (abhängig vom Zylinderdurchmesser).

Bleibt der Spalt (Blenden-/Öffnungseinstellung) der Walzen: Dieser sollte 1 mm geringer sein als die Glasdicke des Laminats (bei Verwendung von einfachem Verbundglas). Bei gehärtetem und vorgespanntem Glas kann dieser Wert noch um 1 mm reduziert werden.

Bei Mehrschichtglas sollte eine Reduzierung um 1 mm pro Glasscheibe ausreichend sein.

Auch hier kann gehärtetes und wärmegehärtetes Glas durch einen verringerten Walzenspalt einer stärkeren Walzenverformung/einem größeren Walzendruck standhalten.

Der zweite OfenDas Verbundglas sollte auf ca. 60° C erhitzt werden, damit die zweiten Andruckwalzen die Kanten des Verbundglases abdichten können und beim Autoklavieren keine (Druck-)Luft in das Verbundglas gelangen kann.

Die Einstellungen der Andruckwalzen sollten mit denen der ersten Andruckwalzen identisch sein, der Druck kann jedoch auf 3 bis 7 bar erhöht werden.

Die Temperatureinstellungen für Verbundglas (oben) können je nach PVB-Typ/PVB-Rheologie/PVB-Oberflächenrauheit leicht abweichen.

Vereinfachtes System – ein Ofen und eine Walze.

Hier müssen die (zweiten) Andruckwalzen beide Aufgaben übernehmen: Entlüften und Kantenversiegeln. Das bedeutet, dass der Prozess langsamer laufen muss (der kürzere Ofen mit weniger IR-Heizelementen muss bereits langsamer laufen, um die erforderliche Temperatur zu erreichen).

Man könnte sich auch dafür entscheiden, das Laminat-Sandwich zweimal durch den Ofen und die Andruckwalzen zu führen, aber es könnte schwieriger sein, die Zieltemperatur zu erreichen (erstes Mal: ​​35 °C und zweites Mal: ​​60 °C).

Ein Ofen und 2 Walzen.

Wenn die Glas/PVB-Temperatur nicht 35 °C beträgt, können diese ersten Andruckwalzen das PVB-Glas-Sandwich nicht ausreichend entlüften. Das PVB befindet sich immer noch im elastischen Temperaturbereich und als Folge könnte sich das Glaslaminat (insbesondere bei dünnem Glas) im Ofen aufgrund des von der ersten Walze ausgeübten Drucks (in der Mitte der Laminatlänge) öffnen. Die in das Laminat eingedrungene heiße Luft kann nicht abgeführt werden.

Man wird „Wolken“ im Vorspalt oder „Leopardenhaut“ bemerken (Zonen mit erhöhter Opazität und klarem Rand – aufgrund von Luftblasen unter dem PVB, die durch den Druck abgeflacht werden, und eines etwas dickeren PVB am Rand der Luft). Die Tasche wird zusammengedrückt, was zu einem etwas dickeren PVB und einer klareren Vordruckperipherie führt. (Laminierfehler: siehe weiter)

Laminiervorgänge mit einem Ofen oder einer Walze funktionieren ausreichend bis zu einer Verarbeitungsgeschwindigkeit von ca. 8 Meter/Minute.

Wenn eine erste Pre-Nip-Temperatur von 35 °C nicht erreicht werden kann, ist es ratsam, die erste Pre-Nip-Walze auf einen Spalt zu öffnen, der gleich oder größer als die Laminatdicke ist. Wenn die Andruckwalze auf die Laminatdicke eingestellt ist, wird/sollte sie mögliche PVB-Falten entfernen.

Wenn die Glas/PVB-Temperatur nicht 35 °C beträgt, können diese ersten Andruckwalzen das PVB-Glas-Sandwich nicht ausreichend entlüften. Das PVB befindet sich immer noch im elastischen Temperaturbereich und als Folge könnte sich das Glaslaminat (insbesondere bei dünnem Glas) im Ofen aufgrund des von der ersten Walze ausgeübten Drucks (in der Mitte der Laminatlänge) öffnen. Die in das Laminat eingedrungene heiße Luft kann nicht abgeführt werden.

Man wird „Wolken“ im Vorspalt oder „Leopardenhaut“ bemerken (Zonen mit erhöhter Opazität und klarem Rand – aufgrund von Luftblasen unter dem PVB, die durch den Druck abgeflacht werden, und eines etwas dickeren PVB am Rand der Luft). Die Tasche wird zusammengedrückt, was zu einem etwas dickeren PVB und einer klareren Vordruckperipherie führt. (Laminierfehler: siehe weiter)

Laminiervorgänge mit einem Ofen oder einer Walze funktionieren ausreichend bis zu einer Verarbeitungsgeschwindigkeit von ca. 8 Meter/Minute.

Wenn eine erste Pre-Nip-Temperatur von 35 °C nicht erreicht werden kann, ist es ratsam, die erste Pre-Nip-Walze auf einen Spalt zu öffnen, der gleich oder größer als die Laminatdicke ist. Wenn die Andruckwalze auf die Laminatdicke eingestellt ist, wird/sollte sie mögliche PVB-Falten entfernen.

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