DE19802646C1 - Verfahren zur Herstellung einer mehrschichtigen Bahn mit geringen Schichtdickentoleranzen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer mehrschichtigen Bahn 20, wobei mindestens eine mittlere Schicht 62 sich zwischen zwei über einen Adapter 5 eingespeisten Schichten 60 und 61 und einer auf der Unterseite der Bahn befindlichen Deckschicht 63, die mittels eines Förderaggregates 4 direkt in den Anströmkanal 14 des Mehrkanalwerkzeugs 6 eingespeist wird, befindet. Die Schicht 62 wird dabei in einem eigenen Verteilerkanal 15 des Mehrkanalwerkzeugs 6 auf die Austrittsbreite verteilt und erst dann mit ihrer vollen Breite mit den Schichten 60, 61 und 63 im Bereich F vereint. Danach wird die mehrschichtige Bahn 20 von gekühlten Glätt- und Abzugswalzen 18 und 19 aus dem Mehrkanalwerkzeug 6 herausgezogen, kalibriert und abgekühlt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer mehrschichtigen Bahn aus thermoplastischen Kunststoffen, bei dem eine Schmelze für eine mittlere Schicht erst einen schmalen Einströmkanal durchströmt bevor sie danach in einem sich dem Einströmkanal anschließenden Verteilerkanal auf eine größere Breite verteilt wird, und bei dem an einer in Fließrichtung der Schmelze hinter diesem Verteilerkanal befindlichen Position weitere Schichten auf die Ober- und Unterseite der mittleren Schicht zuströmen, wobei mindestens auf einer Seite der mittleren Schicht mindestens zwei Schichten zuströmen, die vorher in einem schmalen Kanal zusammengeführt und erst dann gemeinsam in einem diesen Kanal anschließenden eigenen, separaten Verteilerkanal verteilt worden sind.

Ähnliche Verfahren sind aus W. Michaeli, Extrusionswerkzeuge für Kunststoffe und Kautschuk, 2. Auflage, Carl Hanser Verlag, München, Wien; Seite 220, Bild 6.4 und aus F. Hensen, W. Knappe, H. Potente, Handbuch der Kunststoff- Extrusionstechnik, Band II Extrusionsanlagen, Carl Hanser Verlag München, Wien; Seite 162, Bild 36, sowie aus DE-OS 16 29 360 und EP 02 99 736 A1 bekannt.

Mit diesen bekannten Anordnungen läßt sich bei den im Inneren der Bahn befindlichen Schichten, die mit dem Adapter eingespeist werden, keine besonders gute Schichtdickenkonstanz über der Breite der einzelnen Schichten erreichen, da die über den Adapter zusammengeführten Schichten auf der relativ geringen Breite des Anströmkanals in das Mehrkanalwerkzeug eingespeist werden und erst im Verteilerkanal des Mehrkanalwerkzeugs auf die Endbreite der Bahn verteilt werden. Bei dieser Verteilung ändern sich zwangsläufig die Schichtdicken der einzelnen Schichten meist in noch nicht exakt vorausberechenbarer Weise. Aus diesem Grund wird die erforderliche Geometrie in den sehr schmalen Fließkanälen im Adapter heute noch vornehmlich empirisch bestimmt und optimiert. Dabei ist das geringe Verhältnis zwischen der Fließkanalbreite im Adapter und der Bahnbreite in der Praxis meist besonders problematisch. Auf Grund dieser technischen Gegebenheiten lassen sich über den Adapter in einer Schicht nicht so gute Schichtdickentoleranzen erzielen, als wenn die Schicht direkt in das Mehrkanalwerkzeug eingespeist und dort dann erst einzeln auf die Endbreite verteilt wird, bevor sie mit weiteren Schichten auf ihrer vollen Bereite vereinigt wird.

Nun gibt es aber auf dem Markt viele mehrschichtige Bahnen, bei denen mittlere Schichten aus teuren Rohstoffen bestehen. So befinden sich zum Beispiel bei mehrschichtigen Verpackungsfolien die meist aus sehr teurem EVOH bestehende Barriereschicht und die ebenfalls teuren haftvermittelnden Schichten in aller Regel im Inneren des Schichtenaufbaus. Zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit muß man daher bestrebt sein, die in diesen Schichten vorhandenen Dickenvariationen möglichst klein zu halten. Beim Stand der Technik werden aber gerade diese inneren Schichten über einen dem Mehrkanalwerkzeug vorgeschalteten Adapter auf einer relativ kleinen Breite unter ungünstigen geometrischen Bedingungen vereinigt und erst anschließend gemeinsam im Mehrkanalwerkzeug auf die volle Austrittsbreite verteilt. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art so zu gestalten, daß speziell in mittleren Schichten eine geringere Schichtdickenvariation über der Breite der Bahn erreicht werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens eine innere Schicht, die sich zusätzlich unterhalb zweier über den Adapter vereinigter Schichten befindet, über das Förderaggregat direkt in das Mehrkanalwerkzeug eingespeist wird und anschließend in einem eigenen Verteilerkanal auf die Austrittsbreite verteilt wird und erst dann mit ihrer vollen Breite mit den über den Adapter vereinigten Schichten zusammenströmt. Dadurch werden die Möglichkeiten der Reduzierung von Schmelzestromunterschieden über der Bahnbreite von kritischen Schichten, die sich im Inneren der Bahn befinden, erheblich verbessert, da einerseits die Festlegung der für einen gleichmäßigen lokalen Schmelzestrom über der gesamten Breite erforderlichen Rießkanalgeometrie auf dem über die volle Austrittsbreite sich erstreckenden Strömungskanal sensibler erfolgen kann, und andererseits keine anschließende Breitstreckung des vereinigten Schmelzestrangs erfolgen muß. Bei dieser Verfahrensweise kann man bei Bedarf deutlich mehr Stellelemente zur Homogenisierung des Schmelzestroms über der Breite einsetzen, da eine größere Breite als im Adapter zur Verfügung steht. Weiter vorteilhaft ist, daß der Ort, an dem eine Änderung der Fließkanalgeometrie vorgenommen werden muß, problemlos dem zugehörigen Ort auf der Bahn zugeordnet werden kann, da keine nachträgliche Breitstreckung der Bahn mehr erfolgt.

Speist man die Schicht über einen vorgeschalteten Adapter ein, so hat man immer das Problem, daß man den Schmelzestrom auf einer sehr geringen Strömungskanalbreite, wie sie im Adapter vorhanden ist einstellen muß, und daß diese Einstellung anschließend durch die Verteilung des vereinigten Schmelzestroms im Verteilerkanal des Mehrkanalwerkzeugs noch verändert wird. Bei Bahnen mit sehr vielen Schichten kann es auch sinnvoll sein, wie in Anspruch 2 vorgeschlagen, dem Mehrkanalwerkzeug, in dem die inneren Schichten vereinigt werden, zwei Adapter vorzuschalten, mit denen jeweils die Außenschichten zusammengeführt werden. Häufig kann es vorteilhaft sein, nach Anspruch 3 mehrere innere Schichten direkt in das Mehrkanalwerkzeug einzuspeisen, oder nach Anspruch 4 weitere Adapter dem Mehrkanalwerkzeug vorzuschalten.

Zu besonders guten Dickentoleranzen einzelner Schichten kommt man, wenn man nach Anspruch 5 über der Breite dieser Schichten Stellelmente in das Werkzeug oder in die Adapter integriert, mit denen man die Fließkanalgeometrie bei laufendem Prozeß lokal verändern kann. Am wirksamsten wird die Verstellung, wenn nach Anspruch 6 die Fließkanalgeometrie über ihre gesamte Breite exakt über dem Zusammenströmbereich von außen frei veränderbar ist. Die größte Betriebssicherheit und auch die geringsten Dickentoleranzen sind bei einem Verfahren nach Anspruch 7 oder 8 zu erreichen, bei dem man die Stellelmente über einen Regler automatisch ansteuert und so die Einzelschichdicke auf einen konstanten Wert einregelt.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beschreibung einzelner Verfahrensanordnungen und der Zeichnungen, näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 Eine Verfahrensanordnung nach der Erfindung

Fig. 2 Die Schnittdarstellung A-A der Fig. 1

Fig. 3 Die Schnittdarstellung B-B der Fig. 1

Fig. 4 Eine Verfahrensanordnung mit zwei dem Mehrkanalwerkzeug vorgeschalteten Adaptern

Fig. 5 Eine Verfahrensanordnung, bei der die Fließkanalgeometrie während des Prozesses von außen über einzelne über der Breite des jeweiligen Fließkanals angeordnete Stellelmente entweder manuell oder automatisch verstellt werden kann.

Wie Fig. 1 erkennen läßt, werden bei dem Verfahren zur Herstellung mehrschichtiger Bahnen die Schmelzen für die Schichten 60-63 über Förderaggregate 1-4, wie z. B. über Extruder oder auch Zahnradpumpen, in den Adapter 5 oder das Mehrkanalwerkzeug 6 eingespeist, wobei der Adapter 5 direkt an das Mehrkanalwerkzeug 6 angeflanscht ist. Der Adapter 5 besitzt zwei Einströmkanäle 7 und 8, in die die Schmelzen für die Schichten 60 und 61, die sich im Bereich E vereinigen, eingespeist werden und einen Ausströmkanal 9. Vom Adapter 5 strömen die Schmelzen für die Schichten 60 und 61 gemeinsam in den Anströmkanal 10 des Mehrkanalwerkzeugs 6, der in der Regel die gleiche Breite besitzt wie der Ausströmkanal 9 des Adapters 5. Dann gelangen die Schmelzen für die Schichten 60 und 61 in den Verteilerkanal 11, wo sie gemeinsam auf die Austrittsbreite verteilt werden. Dem Verteilerkanal 11 schließt sich ein weiteres Fließkanalstück 12 an, das die Schmelzen 60 und 61 bis zum Vereinigungsbereich F führt, wo sie mit den direkt über die Extruder 3 und 4 in das Mehrkanalwerkzeug 6 eingespeisten Schmelzen für die Schichten 62 und 63, die jeweils separat über Anströmkanäle 13 und 14 in das Mehrkanalwerkzeug 6 eingespeist und in den Verteilerkanälen 15 und 16 auf die Austrittsbreite verteilt werden, zusammenströmen. Danach strömen alle von den Extrudern 1-4 eingespeisten Schmelzen für die Schichten 60-63 gemeinsam durch den Ausströmkanal 17 aus dem Mehrkanalwerkzeug 6 aus. Die Schmelzebahn 20, bestehend aus den von den Extrudern 1-4 eingespeisten Einzelschmelzen für die Schichten 60-63, wird schließlich über gekühlte Glätt- und Abzugswalzen 18 und 19 aus dem Werkzeug herausgezogen, kalibriert und abgekühlt.

Aus den Fig. 2 und 3 geht deutlich hervor, daß der Bereich E im Adapter 5, in dem die aus den Extrudern 1 und 2 eingespeisten Schmelzen für die Schichten 60 und 61 vereinigt werden, deutlich schmäler ist, als der Bereich F im Mehrkanalwerkzeug 6, in dem die Schmelzen für die Schichten 62 und 63 aus den Extrudern 3 und 4 zu den bereits gemeinsam strömenden Schmelzen für die Schichten 60 und 61 aus den Extrudern 1 und 2 hinzuströmen. Von daher ist verständlich, daß die Beeinflussung des lokalen Massestroms über der Breite des Fließkanals mittels einer Fließkanalgeometrieänderung vor oder im Bereich E viel schwieriger zu erreichen ist, als eine solche im viel breiteren Kanalbereich 12 oder eine im Vereinigungsbereich F. Wenn man also Schichten hat, für die man aus technischen oder wirtschaftlichen Gründen eine möglichst geringe Dickenvariation anstrebt, dann sollte man diese Schichten zweckmäßigerweise nicht in den Adapter 5, sondern direkt entsprechend Fig. 1 in das Mehrkanalwerkzeug 6 einspeisen.

Natürlich kann man auch über einen zusätzlichen Adapter 21, wie das in Fig. 4 dargestellt ist, eine weitere Schichten 64 in das Mehrkanalwerkzeug einspeisen. Prinzipiell lassen sich auch mehr als zwei Adapter an das Mehrkanalwerkzeug 6 anflanschen. Ebenso können nach diesem Verfahren natürlich nicht nur Bahnen aus thermoplastischen Kunststoffen, sondern auch Bahnen aus anderen Materialien, die unter bestimmten Bedingungen fließfähig sind, hergestellt werden.

Da es auch heute noch nicht gelingt, die für einen gleichmäßigen Schmelzestrom über der Breite aller Schichten erforderlichen Fließkanalgeometrien im Voraus exakt zu berechnen, ist es vorteilhaft, wenn man nach Fig. 5 ein Verfahren wählt, bei dem man mindestens eine Fließkanalgeometrie bei laufender Anlage von außen verstellen kann. In Fig. 5 ist beispielhaft ein Verfahrenschema zur Herstellung einer 7-schichtigen Bahn dargestellt. Dabei werden die einzelnen Schmelzen über Förderaggregate 22-28 in das Mehrkanalwerkzeug 29 bzw. in die beiden Adapter 30 und 31 eingespeist. In das Mehrkanalwerkzeug 29 werden erfindungsgemäß die Schmelzen, die in der Mitte der fertigen mehrschichtigen Bahn liegen, über Einströmkanäle 32-34 jeweils separat eingespeist. Anschließend werden sie in separaten Verteilerkanälen 35- 37 von der geringen Anströmbreite auf die Austrittsbreite verteilt, bevor sie in den Bereichen H und I über der gesamten Breite zusammenströmen. In den Adaptern 30 und 31 fließen nun die jeweiligen Schmelzen für die Deckschichten aus den Förderaggregaten 22 und 23, sowie 27 und 28 direkt auf der geringen Fließkanalbreite der Adapter 30 und 31 in den Bereichen J und K zusammen. Sie strömen dann gemeinsam in die schmalen Einströmkanäle 39 und 40 in das Mehrkanalwerkzeug 29 ein und werden dort in den Verteilerkanälen 41 und 42 gemeinsam auf die Austrittsbreite verteilt, bevor sie im Bereich L auf die bereits vereinigten Schmelzen aus den Extrudern 24, 25 und 26 aufgelegt werden. Die dann siebenschichtige Bahn wird über gekühlte Glätt- und Abzugswalzen 43 und 44 aus dem Mehrkanalwerkzeug 29 herausgezogen, kalibriert und abgekühlt.

Bei dem Verfahren nach Fig. 5 können nun besonders enge Dickentoleranzen erreicht werden, wenn die Fließkanalgeometrie einzelner Schichten im Mehrkanalwerkzeug 29 oder in einem der Adapter 30 bzw. 31 bereichsweise veränderbar gestaltet ist. Dies kann erreicht werden, indem man z. B. in die Fließkanäle flexibel deformierbare Federstahlbleche 45-47 einschweißt oder andere deformierbare Elemente einbindet, die über Stellelemente 48-50, wie zum Beispiel Stellschrauben, von außen verstellt werden können, um den Schmelzestrom über der Breite lokal zu verändern. Diese Verstellbereiche können vor den Zusammenströmbereichen H und I wie im Fall des Federstahlblechs 46 oder aber noch vorteilhafter direkt in den Zusammenströmbereichen H und I wie im Fall der Federstahlbleche 38 und 47 angeordnet sein. Letzteres hat den Vorteil, daß der Schmelzestrom exakt an der Linie, an der die Schmelzen zusammenströmen, beeinflußt werden kann. Man kann dann z. B. im Zusammenströmbereich H auch die Breite, mit der die vom Extruder 25 eingespeiste Schmelze auf die vom Extruder 24 eingespeiste Schmelze aufgelegt wird, von außen verändern, wenn man mit Hilfe der Stellelemente 50 den Fließkanal im Bereich H in seinen beiden Randbereichen komplett zustellt. Dies ist besonders dann erforderlich, wenn die von den Extrudern 24 und 25 eingespeisten Schmelzen unterschiedliche Viskositäten besitzen.

Natürlich kann es auch vorteilhaft sein, wie in Fig. 5 dargestellt, den Fließkanal in den Bereichen J bzw. K in den Adaptern 30 und 31 von außen in gleicher Weise einstellbar zu gestalten. Diese Einstellung kann allerdings nicht so feinfühlig sein, da in den Adaptern 30 und 31 das bereits geschilderte Problem besteht, daß die Fließkanäle 56 und 57 sehr schmal sind, und daß deshalb die Einflußnahme nicht so feinfühlig sein kann, wie im Mehrkanalwerkzeug 29, bei dem man zur Einstellung die volle Austrittsbreite zur Verfügung hat.

Das Optimum an Schichtdickenkonstanz und an Betriebssicherheit ist allerdings zu erreichen, wenn man erfindungsgemäß die Dicke mindestens einer der einzelnen mit den Extrudern 22-28 eingespeisten Schichten regelt. Dazu wird z. B. die Dicke der mit dem Förderaggregat 22 bzw. 24 eingespeisten Schmelzen, mit einem Dickenmeßsystem 51, das zum Beispiel auf einer Traverse 52 montiert ist und die Dickenwerte traversierend, selektiv über die Breite der Bahnen erfaßt und sie einem Regler 53 zuführt gemessen. Der Regler nimmt dann einen Soll-Istwert Vergleich vor und errechnet Korrekturwerte für die lokale Fließkanalgeometrie unterhalb der Stellschrauben 48 bzw. 49 im Bereich der Federstahbleche 45 bzw. 46, welche er an ansteuerbare Stellglieder 54 und 55 weitergibt, die dann eine Korrektur der lokalen Fließkanalgeometrie in den Bereichen M bzw. J vornehmen. Als ansteuerbare Stellglieder eigenen sich zum Beispiel Getriebemotoren, Wärmedehnbolzen, Piezotranslatoren oder ähnliche Systeme. Es können natürlich auch noch weitere Schichten in dieser Form in ihrer Massestromverteilung über der Breite des jeweiligen Fließkanals geregelt werden.

Mit den beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren können gegenüber dem Stand der Technik bei der Herstellung mehrschichtiger Bahnen erheblich reduzierte Schichtdickentoleranzen erreicht werden. Dies führt in der Praxis zu einem geringeren Materialverbrauch und damit zu einer wirtschaftlicheren Herstellung von mehrschichtigen Bahnen.

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung einer mehrschichtigen Bahn aus thermoplastischem Kunststoff bei dem eine Schmelze für eine mittlere Schicht erst einen schmalen Einströmkanal durchströmt bevor sie danach in einem sich dem Einströmkanal anschließenden Verteilerkanal auf eine größere Breite verteilt wird, und bei dem an einer in Fließrichtung der Schmelze hinter diesem Verteilerkanal befindlichen Position weitere Schichten auf die Ober- und Unterseite der mittleren Schicht zuströmen, wobei mindestens auf einer Seite der mittleren Schicht mindestens zwei Schichten zuströmen, die vorher in einem schmalen Kanal zusammengeführt und erst dann gemeinsam in einem diesen Kanal anschließenden eigenen, separaten Verteilerkanal verteilt worden sind.

2. Verfahren zur Herstellung einer mehrschichtigen Bahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf beiden Seiten der mittleren Schicht jeweils mindestens zwei Schichten zuströmen, die vorher in eigenen schmalen Kanälen zusammengeführt worden sind, und erst danach jeweils gemeinsam in eigenen, separaten Verteilerkanälen, die sich diesen schmalen Kanälen anschließen, auf eine größere Breite verteilt worden sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vor dem Verteilerkanal zusammengeströmten Schichten, nachdem sie in einem Verteilerkanal gemeinsam auf eine größere Breite verteilt worden sind, mit mindestens zwei anderen Schichten zusammenströmen, die jeweils einzeln in einem Verteilerkanal auf eine größere Breite verteilt worden sind.

4. Verfahren zur Herstellung einer mehrschichtigen Bahn nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß mehr als zwei Mehrschichtströmungen, die vorher in jeweils eigenen schmalen Kanälen zusammengeführt worden sind, und erst danach jeweils gemeinsam in eigenen, separaten Verteilerkanälen, die sich diesen schmalen Kanälen anschließen, auf eine größere Breite verteilt worden sind, auf die mittlere Schicht aufgelegt werden.

5. Verfahren zur Herstellung einer mehrschichtigen Bahn nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fließkanalgeometrie von mindestens einer mittleren Schicht über einzelne Stellelemente, die über der gesamten Breite des Fließkanals angeordnet sind, bei laufender Anlage frei verstellbar ist.

6. Verfahren zur Herstellung einer mehrschichtigen Bahn nach Anspruch 1-5 dadurch gekennzeichnet, daß die Fließkanalgeometrie einer Schicht genau im Zusammenströmbereich über ihrer gesamten Breite von außen frei verstellbar ist.

7. Verfahren zur Herstellung einer mehrschichtigen Bahn nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß nach Austritt der mehrschichtigen Bahn aus dem Werkzeug die Dicke von mindestens einer inneren nicht an der Oberfläche befindlichen Schicht selektiv gemessen wird, und daß die Dickenmessung über einen Regler mit im Adapter oder im Mehrkanalwerkzeug integrierten automatisch ansteuerbaren über der gesamten Austrittsbreite der Bahn verteilten Stellelementen verbunden ist, und daß die Stellelemente über einen Regler entsprechend der bei der Dickenmessung ermittelten Soll-Istwertabweichung automatisch verstellt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Schichten in ihrer Dicke gemessen werden, und daß die jeweilige Schichtdicke dieser Schichten über einen Regler mittels im Adapter oder im Mehrkanalwerkzeug integrierter, über der Fließkanalbreite verteilter automatischer Stellelemente geregelt wird.