DE102005006474A1

DE102005006474A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Blasfolien

Info

Publication number: DE102005006474A1
Application number: DE102005006474A
Authority: DE
Inventors: Jochen Dr. Hennes
Original assignee: Kiefel Extrusion GmbH
Current assignee: Kiefel Extrusion GmbH
Priority date: 2005-02-12
Filing date: 2005-02-12
Publication date: 2006-08-17

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Blasfolien durch Extrusion eines schmelzflüssigen Kunststoffs durch eine Ringdüse und Abzug des dadurch entstehenden Schlauches oberhalb der Ringdüse, wobei der Schlauch innenseitig mit Druckmittel beaufschlagt und an einem expandierbaren Einbaukörper vorbei geführt wird, wobei man die Oberfläche der Innenwandung des Einbaukörpers mit einem Kühlgas oder einer Kühlflüssigkeit beaufschlagt und dieses unter Beibehaltung eines Überdruckes aus dem Einbaukörper abführt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Blasfolien.

Bei der Herstellung von Blasfolien werden Ringdüsen verwendet, aus denen heiße Kunststoffschmelze insbesondere von unten nach oben abgezogen und einer einige Meter über der Düse befindlichen Flachlegung zugeführt wird, um sie von dort über Umlenkrollen im Allgemeinen einem Wickler zuzustellen. Auf dem Weg zur Flachlegung kühlt die Folie so weit ab, dass sie nicht verblockt.

Um diese Abkühlung zu beschleunigen, wird der Folienschlauch innen und/oder außen mit Kühlluft beaufschlagt. Im Inneren des Schlauches ist meist der Druck erhöht, wodurch der Schlauchdurchmesser anwächst und die Folie unter Abnahme der Schichtdicke verstreckt wird. Der Umfang wird dabei mit Hilfe von umlaufenden Sensoren ermittelt.

Ein solcher Blaskopf ist z.B. in der DE 102 04 897 A1 gezeigt, bei welchem Kühlluft über Kühllippen an die Innenwandung der Schlauchfolienblase gebracht wird, um diese zu kühlen, sie aber gleichzeitig auch zu expandieren. Die Kühlluft wird über ein inneres Standrohr wieder aus der Blase abgeführt.

Nachteile der Verfahren und Vorrichtungen des Standes der Technik liegen darin, dass die Foliendicke schwanken kann, dass die Produktionsgeschwindigkeit relativ niedrig ist und dass das Strecken der Folie nicht befriedigend einstellbar ist, da nicht in Längs- und Querrichtung auf den Herstellungsprozess eingewirkt werden kann, regeln lässt sich allein die Kühlluftzufuhr.

Ein weiteres Problem bei der Herstellung von Blasfolien besteht im Anfahren der Vorrichtung. Einbaukörper im Inneren des Folienschlauches stören dessen Auf nehmen, da dieser anfänglich wegen des fehlenden inneren Überdrucks noch nicht aufgeweitet ist. Das Deutsche Gebrauchsmuster G 92 14 651 U1 schlägt daher einen Blasfolienextrusionskopf vor, der einen Innenkühlring mit stufenlos einstellbarem Innendurchmesser aufweist. Die Kühlung des Folienschlauches erfolgt über neben der Ringdüse am Außen- und Innenmantel bzw. zusätzlich oberhalb und unterhalb von Gummi-elastischen Membranen eingeblasene Kühlluft.

Versuche mit einer solchen Vorrichtung haben ergeben, dass hierbei eine stabile Fahrweise bei erhöhter Produktionsgeschwindigkeit nicht erreicht werden kann. Die sogenannte Frostgrenze, bei der das Kunststoffmaterial soweit erstarrt, dass es ohne Formänderungen des Schlauches vom Kopf abgezogen werden kann, wandert nach oben aus, d.h., der Schlauch wird übermäßig gedehnt, was zu schlechten Folieneigenschaften (Festigkeit) und zu einer instabilen Blase führen kann.

Dies lässt sich darauf zurückführen, dass die heiße Folie den aufgeblasenen Balg insbesondere durch Konvektion stark aufheizt, wobei die verwendeten Gummi-elastischen Materialien schlechte Wärmeleiter sind und daher die Wärme nicht ausreichend abgeführt werden kann. Erschwert wird dies dadurch, dass die Kühlluft im Spalt zwischen Balg und Schlauch im wesentlichen laminar strömt, was den Wärmetausch durch Konvektion an den relativ starken Grenzschichten behindert.

Die vorliegende Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, unter Beibehalt des Vorteils des erheblich vereinfachten Anfahrens der Folienblasanlage mit expandierbarem Einbaukörper diesen so auszugestalten, dass stabiler Betrieb ohne Auswandern der Frostgrenze möglich wird.

In einer Weiterentwicklung soll dieser Einbaukörper so ausgestaltet werden, dass mit seiner Hilfe Korrekturen von Betriebsschwankungen möglich werden, um letztlich erheblich gesteigerte Produktionsgeschwindigkeiten möglich zu machen. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit einem Verfahren gemäß Hauptanspruch und einer Vorrichtung gemäß Hauptnebenanspruch. Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen.

Die Erfindung hat dabei erkannt, dass die Außenkühlung des expandierbaren Einbaukörpers nicht ausreicht, um eine befriedigende Fahrweise zu ermöglichen, erfindungsgemäß wird das Expansionsmittel nicht lediglich zur Formveränderung des Einbaukörpers verwendet, sondern zusätzlich in einem Kühlkreislauf geführt. Das Kühl-/Expansionsmittel kann dabei eine Flüssigkeit und/oder ein Gas sein, wobei der Einbaukörper auch mit der Flüssigkeit grundsätzlich vollständig gefüllt sein kann.

Besonders vorteilhaft läßt man dabei einen Teil des flüssigen und/oder gasförmigen Kühlmittels über entsprechende Öffnungen des expandierbaren flexiblen Balgens in die vorbeiströmende Kühlluft bzw. auf die Innenseite des heißen Schlauches ausströmen, wobei im Balgen ein entsprechender Überdruck aufrechterhalten bleibt, um die Formstabilität des Einbaukörpers zu gewährleisten. Hierdurch werden die Grenzschichten am Balg und an der Folie durchstoßen und eine die Kühlung intensivierende Turbulenz erzeugt, wobei im Falle der Verwendung eines (zusätzlichen) Flüssigkühlmittels, vorzugsweise Wasser, Tröpfchen in den Luftstrom gelangen und in diesem unter Wärmeentzug verdampfen.

Die flexible Wandung des Einbaukörpers ist dabei vorzugsweise nicht elastisch und mit Metallfasern durchwirkt oder weist Flächenbereiche aus Metallfolie auf, um die Wärmeleitung zu verbessern. Die nicht flexible Wandung hat dabei den Vorteil, dass sie zum Anfahren der Anlage unter Schrumpfen evakuiert werden kann, im Betrieb aber auch bei Druckschwankungen formstabil bleibt. Dies ist dann von besonderer Bedeutung, wenn durch Veränderung der Menge an gasförmigem Kühlmittel eine Temperaturschwankung ausgeglichen werden soll. Bei einer elastischen Membran hätte dies bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise eine Durchmesserveränderung zur Folge.

Die der Folienaufweitung zugekehrte Außenfläche des Einbaukörpers kann dabei vorzugsweise eine Form aufweisen, die parallel zu mindestens einem Bereich des S-Schlags der Folien liegt. Als vorteilhaft hat sich ferner erwiesen, unterhalb des Einbaukörpers einen Freiraum zu belassen, der als Dämpfungsglied wirkt, in welchem die Luftströmung aber auch verlangsamt ist und somit für eine Druckdifferenz wie auch der Raum über dem Spalt sorgt.

Die Kühlung des Schlauches kann mit Kühlluft von außen, alternativ oder zusätzlich auch mit der Blasluft über den Ringspalt bewirkt werden, was insofern vorteilhaft ist, da im Spalt die Strömungsgeschwindigkeit stark erhöht ist und damit entsprechend effektiv Wärme abgeführt werden kann.

Neben der Ausbringung von Kühlluft eröffnet das erfindungsgemäße Vorgehen auch die Möglichkeit, kühlende Feststoffe, wie z.B. kleine Eispartikel oder Flüssigkeitströpfchen in den Spalt einzutragen, um durch Schmelzwärme- und/oder Verdampfungswärmeentzug die Kühlung deutlich zu beschleunigen.

Eine weitere Möglichkeit zur Einflussnahme auf die Produktqualität besteht darin, dass man den Einbaukörper während des Blasvorgangs versetzt. Dies kann in vertikaler oder insbesondere auch in horizontaler Richtung geschehen, so dass die Folie nahe der Außenfläche des Einbaukörpers gehalten wird, ohne diesen zu berühren. Dies bewirkt eine Vergleichmäßigung des Abziehens des Schlauches, da dieser hinsichtlich seiner Längsachse fixiert wird und damit eine Produktverbesserung auch unter gesteigerter Produktionsgeschwindigkeit ermöglicht. Dies ist unabhängig davon, ob die Kühl- bzw. Blasluft in Förderrichtung oder entgegengesetzt dazu durch den Spalt strömt. Unterhalb des Einbaukörpers sind daher entsprechende Blas- oder Saugöffnungen vorgesehen.

Durch das vertikale Versetzen kann der Eintritt der intensiven Kühlung innerhalb des Spaltes nach oben oder unten verlegt werden, um so optimierte Verhältnisse im Schlauch zu gewährleisten. Mit einem horizontalen Versatz lassen sich Viskositätsunterschiede des thermoplastischen Materials im Düsenring ausgleichen, die durch Temperaturdifferenzen oder Mischungsinhomogenitäten beim Extrudieren auftreten können, was natürlich zu einem ungleichmäßigen Recken und damit zu Dickeunterschieden führt. Versetzt man den Einbaukörper quer zur Längsachse, so tritt auf der Gegenseite ein geringeres Recken auf, da hier der Weg des Extrudats kürzer wird und umgekehrt ein stärkeres an der Versatzseite.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, in den Spalt von oben über den Einbaukörper entgegen zur Förderrichtung des Schlauches zusätzlich Wasser einzutragen, was vorteilhaft so geschieht, dass kein Wasser den Spalt nach unten verlässt, d.h. die Wassermenge und die Spaltdimensionen sind konstruktiv und verfahrenstechnisch darauf abzustimmen, beispielsweise durch die vertikale Spaltlänge und die Druckregelung im Schlauchinneren. Die Oberfläche des Einbaukörpers kann vorteilhaft auch durch Vertiefungen oder Erhebungen in Form von Noppen profiliert sein, z.B. um in den Vertiefungen Flüssigkeit durch Oberflächenvergrößerung einzufangen.

Eine weitere Möglichkeit der Regelung der Verfahrensparameter besteht erfindungsgemäß darin, dass man den Einbaukörper rotiert, in Schwingung versetzt oder oszilliert.

In besonders bevorzugter Weise ist der Einbaukörper so ausgelegt, dass dessen Form auch im Betrieb veränderbar ist, so dass der Durchmesser des Ringspaltes vergrößert oder verkleinert werden kann.

Das Kühlmittel wird erfindungsgemäß vorzugsweise über im Inneren des Balgens des Einbaukörpers befindliche Düsen auf den oberen Bereich von dessen Wandung aufgesprüht, wo es als geschlossener Film unter Schwerkraft herabläuft. Die Verweilzeit des Films und dessen Verteilung kann durch Rotation des Einbaukörpers beeinflußt werden. Ein Teil des Flüssigkeitsfilms wird wie oben erläutert vorteilhaft unter Aufrechterhaltung des Innenüberdrucks in den Spalt zwischen Folie und Balgen gesprüht.

Dabei ist es grundsätzlich auch möglich, die Kühlung segmentiert durchzuführen, wobei das in den Balgen ausgetragene Kühlmittel bereichsweise unterschiedliche Temperaturen oder Volumenströme aufweisen kann.

Die Veränderung des Durchmessers des Balgens kann bei Verwendung (Gummi-) elastischer Materialien durch Druckveränderung geschehen.

Bei Verwendung starrer flexibler Gewebe wird vorgeschlagen, einen Balgenball zu verwenden, der oben und unten an Scheiben befestigt ist, die aufeinander zugefahren oder voneinander distanziert werden, wobei eine tonnenförmige oder linsenförmige Kontur entsteht, an der der Folienschlauch vorbeigeführt wird. Der Einbaukörper ruht auf einem zentralen Rohr, welches die Zuführleitungen für das Kühlmittel aufnimmt und kann auf diesem auf- und abbewegt werden.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung kann das Schrumpfverhalten durch Regelung der Abzugsgeschwindigkeit und des Blasenradius verändert bzw. genau eingestellt werden und insbesondere lässt sich die Produktionsgeschwindigkeit der Anlage erheblich steigern, da die Betriebsparameter durch Form- und Lageanpassung des Einbaukörpers optimiert und in der Weiterentwicklung der Erfindung auch in relativ weiten Bereichen verändert werden können.

Anhand der beiliegenden Figur wird die vorliegende Erfindung näher erläutert. Dargestellt ist ein Ringdüsenkörper 5, dem über einen Kanal 4 schmelzflüssiger Kunststoff zugeführt wird, um oben aus dessen Düse 1 einen Folienschlauch 2 abzuziehen. Über Luftkanäle 4 wird gleichzeitig Kühlluft auf der Innenseite des Schlauches 2 eingeblasen.
Der Schlauch 2 wird in engem Abstand an dem Einbaukörper 11 vorbeigeführt, wobei die Kühlluft im Spalt 8 beschleunigt wird und den Schlauch ansaugt, ohne diesen jedoch zu berühren.
Der Einbaukörper 11 ist auf einem Rohr 3 angeordnet, über welches Blasluft in den Folienschlauch gelangt, die zusammen mit der Kühlluft aus dem Kanal 1 den Schlauch auf das gewünschte Maß aufweitet.
Der Einbaukörper 11 besteht aus einem dehnbaren oder nicht dehnbaren Balgen 6, der an oberen und unteren Halteringen 7 angebracht ist, die auf dem Rohr 3 vorzugsweise vertikal verfahrbar sind.
Im Inneren des Balgens 6 befinden sich Mittel für die Beaufschlagung der Innenwand des Balgens mit Kühlmittel (insbesondere Wasser und/oder Luft), die z.B. über am Rohr 3 angeordnete Sprühdüsen ausgebracht werden. Diese Düsen 9 sind sternförmig angeordnet und benetzen die gesamte Innenoberfläche, wobei das Kühlmittel aus einem Abzug 10 abgeleitet und z.B. Wärmetauschern zur erneuten Verwendung zugeführt wird.
Darüber hinaus kann der Balgen 6 mit Öffnungen 12 versehen sein, über welche ein Teil des von der Innenwand des Balgens 6 ablaufende Kühlflüssigkeit in den Spalt 8 bzw. auf die Schlauchinnenwandung gesprüht wird.
Zur Aufrechterhaltung des Innendrucks, d.h. der Formstabilität, ist daher ein Druckwächter vorgesehen, der den erforderlichen Überdruck aufrechterhält und die Volumenverluste im Balgeninneren ausgleicht.
Im unteren Ring 7 befindet sich ein Kühlmittelablauf.
Über die Düsen 9 können Wasser und Luft eingeblasen werden, beides sorgt für Turbulenz im Balgen, so dass die vom Schlauch auf den Balgen abgestrahlte Wärme sicher abgeführt werden kann.
Letztlich führt dies zu einer erheblich gesteigerten Produktionsgeschwindigkeit und zu einer wesentlichen, durch erhöhte Konstanz der Betriebsbedingungen gesteigerte Produktqualität, da Foliendeckenschwankungen unterbunden werden.

1: Ringdüse
2: Schlauch
3: Rohr
4: Kanäle
5: Ringdüsenkörper
6: Bereich der Schlauchaufweitung
7: Rand des Einbaukörpers
8: Spalt
9: Raum
10: Raum
11: Einbaukörper
12: entleerter Einbaukörper

Claims

Verfahren zur Herstellung von Bfasfolien durch Extrusion eines schmelzflüssigen Kunststoffs durch eine Ringdüse und Abzug des dadurch entstehenden Schlauches oberhalb der Ringdüse, wobei der Schlauch innenseitig mit Druckmittel beaufschlagt und an einem expandierbaren Einbaukörper vorbei geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass man die Oberfläche der Innenwandung des Einbaukörpers mit einem Kühlgas oder einer Kühlflüssigkeit beaufschlagt und dieses unter Beibehaltung eines Überdruckes aus dem Einbaukörper abführt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung des Einbaukörpers mit Fasern oder Flächengebilden aus wärmeleitendem Material versehen ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Schlauch zugekehrte Wandung aus einem im Wesentlichen nicht elastischen Material besteht.
Verfahren nach Anspruch 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass man einen Teil des Kühlmittels über in der Wandung des expandierbaren Einbaukörpers angeordnete Öffnungen direkt auf die Innenseite der heißen Folie austrägt.
Verfahren nach Anspruch 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass man zum Ausgleich von Folieninhomogenitäten den Einbaukörper (11) vertikal und/oder horizontal versetzt.
Verfahren nach Anspruch 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass man den Einbaukörper (11) rotiert, oszilliert oder in Schwingung versetzt.
Verfahren nach Anspruch 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass man die Form des Einbaukörpers (11) während der Folienproduktion verändert.
Verfahren nach Anspruch 1–11, dadurch gekennzeichnet, dass man über den Umfang des Einbaukörpers (11) segmentiert Kühlmittel mit unterschiedlicher Temperatur und/oder Menge ausbringt.
Vorrichtung zur Herstellung von Blasfolien, bestehend aus einer von einem Extruder mit Kunststoffschmelze beaufschlagten Ringdüse (5), einer Druckluftführung (1; 3) an das Innere des aus der Ringdüse abgezogenen Folienschlauches mit Mitteln zur Zuführung von Kühlmedium sowie einem Luftkanal (3; 1) innerhalb der Ringdüse, wobei oberhalb der Ringdüse (5) ein expandierbares Einbauteil (11) angeordnet ist, das zum Inneren des Folienschlauches (2) im Bereich dessen durch die Druckluft bewirkten Aufweitung (6) einen Ringspalt (8) mit diesem bildet, dadurch gekennzeichnet, dass der Einbaukörper (11) Mittel zur Zu- und Ableitung von dessen Wandung beaufschlagenden Kühlmitteln aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung des Einbaukörpers mit Fasern oder Flächen aus wärmeleitendem Material aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass im inneren des Einbaukörpers (11) Düsen oder Zuläufe zum Ausbringen der Flüssigkeit angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 9–11, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung des Einbaukörpers Öffnungen zum Ausbringen eines Teils des Kühlmittels auf dem Innenmantel des extrudierten Folienschlauches aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 9–12, dadurch gekennzeichnet, dass der Einbaukörper (11) horizontal und/oder vertikal verfahrbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9–13, dadurch gekennzeichnet, dass der Einbaukörper (11) in eine rotierende, oszillierende oder Schwingbewegung versetzbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9–14, dadurch gekennzeichnet, dass die Form des Einbaukörpers (11) während des Blasvorgangs veränderbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9–15, dadurch gekennzeichnet, dass der Einbaukörper (11) eine elastische Wandung aufweist und mit Hilfe des Kühlmediums expandierbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9–16, dadurch gekennzeichnet, dass der Einbaukörper (11) mindestens an einem der Folieninnenoberfläche zugekehrten Bereich durch Vertiefungen oder Erhebungen profiliert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9–17, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Schlauch zugekehrte Wandung des Einbaukörpers aus im wesentlichen nicht elastischem Material besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 9–18, dadurch gekennzeichnet, dass der Einbaukörper aus einem zwischen zwei Scheiben angeordneten Balg besteht, die auf einem Mittelrohr vertikal verfahrbar sind.