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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Steuerung und Regelung des Dickenprofils bei der Herstellung
von Blasfolien nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und bezieht
sich außerdem
auf eine Vorrichtung zur Durchführung
dieses Verfahrens nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9.
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Das Dickenprofil und insbesondere
das Umfangsdickenprofil des aus dem Formwerkzeug der Ringdüse eines
Blasfolienextruders austretenden Folienschlauchs weist in Umfangslage
weitgehend ortsfeste dickere und dünnere Bereiche auf, was sich beim
Aufwickeln und Weiterverarbeiten des Folienschlauchs negativ auswirkt.
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Um die Abweichungen des Dickenprofils schon
beim Produktionsvorgang möglichst
gering zu hatten, wird die Wirkung ausgenutzt, daß beim Aufblasen
des Folienschlauches wärmere
Bereiche stärker
und
kühlere
Bereich weniger stark ausgereckt werden. Bei bekannten Vorrichtungen
werden die Dickenunterschiede der Blasfolie über dem Umfang durch Variation
der Kühlleistung über dem
Umfang beeinflußt.
Der Folienschlauch wird abhängig
von der vorhandenen Anzahl von Regelelementen in einzelne zugeordnete
Umfangssektoren unterteilt.
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Bei höherer Kühlleistung in einem Umfangssektor
kühlt die
Blasfolie hier schneller, wird so weniger stark gedehnt und bleibt
somit relativ dicker. Bei geringerer Kühlleistung in einem Umfangssektor
behält
die Blasfolie eine höhere
Temperatur, infolge dessen ist sie stärker dehnbar; somit wird die
Foliendicke stärker
vermindert. Die Foliendickenunterschiede über dem Umfang werden hierbei
von einer Meßeinrichtung
ermittelt und einer Regeleinrichtung zu rückgemeldet. Diese Meßeinrichtung
ist in der Regel in Produktionsrichtung hinter einem Einfrierbereich
des Folienmaterials angeordnet.
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Aus der
DE 40 01 287 C2 und
EP 0 508 167 A2 sind
segmentweise unterteilte Kühlluftringe
bekannt, bei denen die Kühlluft
mittels Einbauten in diesen Segmenten im Volumen bzw. in der Temperatur verändert wird.
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In der
DE 40 01 287 A1 ist hierbei vorgesehen, daß zur Änderung
der einzelnen Volumenströme
Teilströme
der Kühlluft
abgezweigt und abgeblasen werden, die an der Kühlung der Blasfolie nicht teilnehmen.
Dies ist energetisch nachteilig. Die Vielzahl der unmittelbar am
Kühlluftring
angebauten Regeleinheiten führt
zu einer sehr gedrängten
Bauweise.
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Aus der
EP 0 508 167 A2 ist ein
Kühlluftring mit
Düsen in
zwei Austrittsebenen bekannt. Hierbei wird ein kleinerer Teilstrom
ungeregelt in einer ersten Ebene relativ nah an der Ringdüse des Blaskopfes zugeführt und
ein größerer Teilstrom
der Kühlluft
in einer in Produktionsrichtung zweiten Ebene segmentweise temperaturgeregelt
zugeführt.
Die unmittelbar im Kühlring
eingebauten Heizelemente führen wieder
zu einer gedrängten
und die Strömung
behindernden Bauweise. Das Ansprechen der Heizelemente ist trägheitsbehaftet.
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Aus der
DE 42 18 995 A1 ist ein
anderer Kühlluftring
mit Düsen
in zwei Austrittsebenen bekannt, die sehr eng beieinanderliegen.
Hiermit wird ein kleinerer Teilstrom in einer ersten Ebene nahe
der Ringdüse
mit eingebauten Hahnventilen regelbar zugeführt und ein größerer Teilstrom
der Kühlluft
in einer zweiten Ebene weiter entfernt von der Ringdüse ungeregelt
zugeführt.
Die Ventil-elemente im Kühlluftring
führen
zu einer komplizierten gedrängten Bauweise.
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Der wesentliche Nachteil der vorgenannten Systeme
besteht darin, daß in
dem Kühlring
Einbauten erforderlich sind und somit ein Eingriff in das sensible
aerodynamisches System des Kühlluftringes
erfolgt. Weiterhin können
infolge Beeinflussung der Luftmenge oder der Temperatur im Kühlring Einbußen bei
der Gesamtkühlleistung
entstehen.
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Aus der
DE 26 58 518 C2 ist es bekannt, durch
Korrekturluftdüsen,
die außen
oberhalb des Kühlringes
(Außenluftblasring)
angeordnet sind, Einfluß auf
die Unterschiede in der Foliendicke zu nehmen. Nachteilig bei dieser
Vorrichtung ist die Tatsache, daß die Korrekturdüsen oberhalb
des Kühlringes
angeordnet sind. Hierbei ist der Einfluß auf die Dickenkorrektur nur
noch in geringen Maßen
möglich,
da das Folienmaterial durch den Hauptkühlring bereits mit Kühlluft beaufschlagt
worden ist und somit die Temperatur des Folienmaterials bereits
abgesenkt ist.
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Der Ausreckprozeß, der überhaupt erst die Beeinflussung
mit Korrekturluft ermöglicht,
ist oberhalb des Hauptkühlrings
bereits zum Teil vollzogen, was die Einflußmöglichkeit zur Dickenkorrektur
an dieser Stelle vermindert. Ein weiterer Nachteil dieser Vorrichtung
mit Anordnung von Korrekturluftdüsen oberhalb
des Hauptkühlringes
besteht darin, daß durch
den von den Korrekturluftdüsen
in Anspruch genommenen Bauraum der Zugang zur Folienblase (beim
Start der Anlage), zum Düsenspalt
(Schmelzeaustritt ist regelmäßig von
Ablagerungen zu reinigen) und zum Hauptkühlring (Kühlluftringlippen sind prozeßabhängig einzustellen)
sehr stark eingeschränkt ist.
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Ein weiterer Nachteil dieser Vorrichtung
besteht darin, daß je
nach gewünschtem
Enddurchmesser des Folienschlauches eine Lageanpassung der Korrekturluftdüsen an diesen
Durchmesser hinter dem Hauptkühlring
erforderlich wird.
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Aus der
DE 39 20 194 C2 sind ein
Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung des Dickenprofils einer
Blasfolie bei der Blasfolienherstellung mit einem segmentierten
Zusatzkühlring
bekannt, der in Produktionsrichtung hinter, d.h. oberhalb eines Hauptkühlrings
angeordnet ist. Dies bedeutet, daß auch bei dieser Vorrichtung
die die Foliendicke beeinflussenden Kühlluftströme erst stromabwärts in den Hauptkühlluftstrom
münden
und dadurch nur in geringem Umfang auf die Dickenkorrektur des bereits gekühlten Folienschlauchs
einwirken können.
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Aus der
DE 196 29 076 A1 ist ein
Kühlring zur
Kühlung
eines aus dem Ringspalt eines Folienblaskopfes austretenden Folienschlauches
bekannt, dem Kühlluft
mit zwei unterschiedlichen Temperaturen zugeführt wird und innerhalb dessen
die Kühlluft segmentweise
unabhängig
voneinander zur Dickensteuerung veränderlich gemischt wird. Diese
Vorrichtung bedingt einen erhöhten
Aufwand bezüglich
der temperierten Kühllufterzeugung
und der Kühlluftmischung.
Ebenso bedingt sie eine sehr gedrängte und komplizierte Bauweise
aufgrund der Mehrzahl von innerhalb des Kühlringes eng angeordneten Mischventilen.
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Aus der
DE 44 28 212 A1 ist ein
Folienblaskopf zur Herstellung von Schlauchfolien bekannt, bei dem
ein Zusatzkühlring
zwischen der Austrittsdüse des
Blaskopfes und einem ungeregelten Hauptkühlring angeordnet ist. Der
Zusatzkühlring
umfaßt
von einer äußeren Ringleitung
abgehende radial nach innen gerichtete Röhrchen, die jeweils Heizpatronen zur
Temperierung der im Volumenstrom ungeregelten Zusatzkühlluft enthalten.
Das Ansprechverhalten der Heizpatronen ist trägheitsbehaftet, so daß insgesamt
ein schlechtes Regelverhalten zu erwarten ist. Die Ausbildung des
Zusatzkühlringes
mit der Vielzahl der Heizpatronen, 5 die überdies verschmutzungsanfällig sind,
ist außerordentlich
kompliziert. Eine Wartung der Heizpatronen erfordert eine Gesamtdemontage
der Kühlringe.
Ein weiterer Nachteil dieser Vorrichtung besteht darin, daß die Heizpatronen
aufgrund der gewünschten
Temperaturunterschiede einen erheblichen Wärmeisolationsaufwand untereinander
und gegenüber
der beheizten Ringdüse
des Blaskopfes erfordern.
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Aus der
DE 41 09 385 A1 ist eine
Vorrichtung zur segmentweise gesteuerten Kühlung einer Folienblase bekannt,
die einen Hauptkühlring
umfaßt,
aus der ein größerer Kühlluftstrom
mit gleichmäßiger Umfangsverteilung
ausgebracht wird, und die einen zwischen dem Hauptkühlring und
dem Blaskopf liegenden weiteren Düsenkranz aufweist, dessen einzelne Düsen über einzelne
außerhalb
des Düsenkranzes liegende
Dosierventile einzeln mengenregelbar sind, um das über dem
Umfang gemessene Dickenprofil zu vergleichmäßigen.
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Aus der WO 95/15251 A1 ist eine Vorrichtung
zur Regelung des Dickenprofils von Blasfolien bekannt, bei der ein
innerer und/oder ein äußerer Kühlring so
gestaltet ist, daß über dem
Umfang sequentiell die Düsenaustrittsquerschnitte
der Kühlringdüsen verändert werden
können.
Die Regelung betrifft dabei jeweils den Gesamtkühlluftstrom der jeweiligen
Kühlringdüse, der
von jeder örtlichen
Verstellung auf dem Umfang zunächst
insgesamt verändert wird
und anschließend
wieder eingeregelt werden muß.
Dies ist durch eine weitere Verstellung über dem Umfang oder durch Veränderung
der Leistung des Kühlluftgebläses möglich. Die
Verstellvorrichtung weist eine Vielzahl von Einzelschiebern über dem Umfang
auf, die sequentiell von einem Versteller, der motorisch angetrieben
wird, beaufschlagt werden können,
und ist damit sehr kompliziert und raumbeanspruchend.
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Bei der Blasfolienherstellung treten
zusätzlich
zu den in Umfangsrichtung gemessenen Dickenunterschieden immer auch
Dickenschwankungen in Produktionsrichtung auf, die den Umfangsdickenunterschieden
gleichmäßig in der
Form überlagert
sind, daß die über dem
Umfang gemittelte Dicke in Produktionsrichtung periodischen Schwankungen
unterliegt. Diese Schwankungen können
verschiedene Ursachen haben; z.B. Ausstoßschwankungen der Extrusionseinheit
oder Antriebsschwankungen der Abzugseinheit, die den Folienschlauch
in Längsrichtung zieht
und verstreckt.
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Zur Minimierung dieser Schwankungsursachen
sind gravimetrische Durchsatzregelsysteme bekannt, die Rohstoffdurchsatz,
Förderschneckendrehzahl
der Extrusionseinheit und Antriebsdrehzahl der Abzugseinheit in
einem Regelkreis zur Konstanthaltung der mittleren Foliendicke verbinden.
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Als weitere Schwankungsursache, die
von den bekannten Systemen nicht kompensiert werden kann, tritt
häufig
eine niederfrequente aerodynamische Resonanzschwingung im Kühlringsystem
zwischen den Ausblaslippen der Kühlluftdüsen und
dem im Venturieffekt gehaltenen Folienschlauch auf, der im Bereich
der Kühlluftdüsen noch
ein hochelastisches Verhalten aufweist. Diese Resonanzschwingung
stört die
Konstanz der Längsverstreckung
und führt
dadurch zu einer Beeinflussung der Foliendicke in Produktionsrichtung
in Form einer regelmäßigen Schwingung.
Die Frequenz dieser Schwingung liegt in einer Größenordnung von kleiner 1 Hz.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren der letztgenannten Art und eine Vorrichtung der letztgenannten
Art zur Durchführung
des Verfahrens zu schaffen, die eine weitere Verbesserung der Vergleichmäßigung des
Dickenprofils ermöglichen.
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Die Lösung hierfür besteht in einem Verfahren
zur Regelung des Dickenprofils bei der Herstellung von Blasfolien
mittels eines Blasfolienextruders mit einem Blaskopf, einem Hauptkühlring für die Zufuhr
eines Hauptkühlgasstromes
und einem außerhalb
des Hauptkühlringes
angeordneten Zusatzkühlring
für eine
Zufuhr von separaten Zusatzkühlgasströmen, wobei
mittels einer Meß-
und Regeleinrichtung die Foliendicke an der Blasfolie oberhalb einer Einfriergrenze über dem
Umfang gemessen und die Zusatzkühlgas
ströme
in Abhängigkeit
von den gemessenen Foliendicken geregelt werden, wobei erste Zusatzkühlgasströme des Folienschlauches
zumindest von außen
in Produktionsrichtung vor dem Hauptkühlgasstrom zugeführt werden
und in Abhängigkeit
vom Foliendickenverlauf über
dem Umfang einzeln in ihrem Volumenstrom geregelt werden und zweite
einzeln geregelte Zusatzkühlgasströme zusätzlich auf
der Innenseite in Produktionsrichtung vor dem Hauptkühlgasstrom
gegen den Folienschlauch geblasen werden, die ebenfalls über dem
Umfang einzeln in ihrem Volumenstrom geregelt werden. Die Lösung besteht
weiterhin in einer Vorrichtung zur Steuerung und Regelung des Dickenprofils
bei der Herstellung von Blasfolien, umfassend einen Blasfolien extruder
mit einem Blaskopf, einen Hauptkühlring
für die
Zufuhr eines Hauptkühlgasstromes
und einen außerhalb
des Hauptkühlringes
angeordneten Zusatzkühlring
für eine
Zufuhr von separaten Zusatzkühlgasströmen, und
eine Meß-
und Regeleinrichtung zur Steuerung und Regelung des Dickenprofils der
Blasfolie, die die Foliendicke an dem Folienschlauch oberhalb einer
Einfriergrenze über
dem Umfang mißt
und die Zusatzkühlgasströme in Abhängigkeit
von den gemessenen Foliendicken regelt, wobei der Zusatzkühlring über dem
Blaskopf des Blasfolienextruders unterhalb des Hauptkühlringes
angeordnet ist und außerhalb
des Zusatzkühlringes
zumindest ein Gebläse
und eine der Anzahl der Zusatzkühlgas
ströme
entsprechende Anzahl von Volumenstromregelelementen und Zuführleitungen
vorgesehen ist, und ein zweiter Zusatzkühlring zusätzlich zum erstgenannten Zusatzkühlring für eine Zufuhr von
separaten Zusatzkühlgasströmen im Inneren
des Folienschlauches angeordnet ist und außerhalb dieses zweiten Kühlringes
zumindest ein Gebläse
und eine der Anzahl dieser Zusatzkühlgasströme entsprechende Anzahl von
Volumenstromregelelementen und Zuführleitungen vorgesehen ist,
wobei der zweite Zusatzkühlring
im Innereren des Folienschlauches am Blaskopf des Blasfolienextruders
in der Ebene des auf der Außenseite
unterhalb des Hauptkühlringes
angeordneten erstgenannten Zusatzkühlringes angeordnet ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil,
daß durch
die Zufuhr der Zusatzkühlgasströme in Produktionsrichtung
vor dem Hauptkühlgasstrom
eine von der Kühlwirkung
des Hauptkühlgas-stromes
unabhängige
Vorkühlung
des Folienschlauches unmittelbar nach dem Austritt aus der Ringdüse des Folienblaskopfes
erreicht wird. Hierbei ist die örtlich
getrennt vom Zusatzkühlring
erfolgende Volumensteue rung der einzelnen Zusatzkühlgasströme unkompliziert,
einfach beherrschbar und von gutem Ansprechverhalten.
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Dadurch, daß die Mittel zur Regelung des
Dickenprofils mittels umfangssektorweise geregelter Zusatzkühlgasströme gänzlich dem
Zusatzkühlring zugeordnet
sind, können
am Hauptkühlring
einfache Verstellmöglichkeiten
für die
ggfs. mehrere Ringspalte in verschiedenen Ausblasebenen vorgesehen
werden. Dies ermöglicht
eine optimale Anpassung des Hauptkühlringes an verschiedenen verfahrenstechnischen
Bedingungen oder Erfordernissen und erhöht die Produktionsleistung
der Vorrichtung aufgrund hoher Kühlwirkung.
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Die Anbringung des Zusatzkühlrings
unterhalb des Hauptkühlringes
erlaubt die größtmögliche Beeinflussung
der Kühlwirkung
unmittelbar an Düsenaustritt.
Die Form und Größe des Zusatzkühlringes
ist damit unabhängig
von der durch den Hauptkühlring
und das Innengasvolumen der Folienblase eingestellten Folienschlauchdimension
und schränkt die
Zugänglichkeit
zum Folienschlauch, zum Düsenspalt
des Blaskopfes und zum Hauptkühlring
nicht ein. Die Vorrichtung zur separaten Regelung der Zusatzkühlgasströme liegt
dabei außerhalb
des Zusatzkühlrings.
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Dies hat den erheblichen Vorteil,
daß die
Volumenstromregelelemente außerhalb
der heißen Zone
nahe der Ringdüse
des Blaskopfes liegen.
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Während
für den
Hauptkühlgasstrom
aus Kostengründen
Druckluft zur Anwendung kommt, ist es vorteilhaft, für die Zusatzkühlgasströme Inertgas oder
Luft mit einer Beimischung aus Inertgas zu verwenden. Hierdurch
werden Oxiadationserscheinungen des heißen Folienmaterials an der
Ringdüse
des Blaskopfes vermieden, so daß das
Ansetzen von Oxidationsprodukten an der Ringdüse verhindert werden kann.
Bevorzugt wird der Anteil der Zusatzkühlgasströme auf höchstens 5% der gesamten Kühlgasströme beschränkt.
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Mit der Verwendung von Zusatzkühlgasströmen auf
der Außenseite
und auf der Innenseite kann die Regelungsrate erhöht werden.
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Vorteilhaft ist es bei einer Kühlgasausbringung
auf der Außenseite
und auf der Innenseite gegen den Folienschlauch in jedem Fall, wenn
die Ausblasebenen sowohl des Hauptkühlgasstromes als auch der Zusatzkühlgasströme innen
und außen
in im wesentlichen übereinstimmenden
Ebenen liegen.
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In besonders vorteilhafter Ausgestattung
ist es vorgesehen, daß jeweils
Zusatzkühlgasströme mit übereinstimmender
Umfangsposition auf der Außenseite
und auf der Innenseite der Schlauchfolie gemeinschaftlich druckversorgt
und mengenstromgeregelt sind. Die Zuführleitungen für Zusatzkühlgasströme mit gleicher
Umfangsposition auf, der Außenseite und
auf der Innenseite des Folienschlauches werden hierbei als Verzweigungsleitungen
von Leitungen mit einem gemeinsamen Volumenstromregelelement ausgeführt. Hiermit
wird zum einen der konstruktive Aufwand bezüglich der Druckversorgung und
Regelungsvorrichtung für
das Zusatzkühlgas
gering gehalten, zum anderen die gewünschte Variation der regelbaren
Kühlwirkung
in den einzelnen Umfagsbereichen intensiviert.
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Der erstgenannte Zusatzkühlring kann
eine einstückige
sogenannte Segmentscheibe von im wesentlichen gleichbleibender Dicke
mit einer ebenen Stirnfläche
umfassen, die am äußeren Umfang
verteilte Zuführbohrungen
hat, von denen einseitig offene Radialnuten ausgehen, die im wesentlichen
bis zum inneren Umfang reichen, wobei die die Radialnuten aufweisende
Stirnfläche
an einer ebenen Gegenfläche
eines Abschlußteils
abdichtend anliegt. Dieses Abschlußteil kann insbesondere vom
Hauptkühlring
selber gebildet werden, dessen Unterseite die ebene Gegenfläche bildet,
gegen die die Segmentscheibe verschraubt ist. Die Gegenfläche bildet hierbeit
mit den Nuten radiale Kühlgaskanäle in der Segmentscheibe,
denen über
Einzelstutzen an den Durchgangsbohrungen die separat geregelten
Zusatzkühlgasströme zugeführt werden.
Nahe dem Austritt können
die einzelnen Kühlgaskanäle ineinanderübergehen.
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Der Hauptkühlring selber kann entsprechend der
bereits genannten bevorzugten Art der Kühlgasausbringung in zumindest
zwei verschiedenen Ebenen angeordnete im wesentlichen parallel zur
Wandung des Folienschlauchs gerichtet austretende Ringdüsen umfassen.
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Der innere Zusatzkühlring für die Zufuhr
von separaten Zusatzkühlgasströmen im Inneren
des Folienschlauchs kann in ähnlicher
Weise aufgebaut und in entsprechender Weise versorgt sein wie der
erste Zusatzkühlring
auf der Außenseite.
Hierbei kann ein weiteres Gebläse
und eine der Anzahl der Zusatzkühlgasströme entsprechende
Anzahl von Volumenstromregelelementen und weiteren Zufuhrleitungen vorgesehen
sein. Bevorzugt ist es jedoch, daß äußerer und innerer Zusatzkühlring mit
Verzweigungsleitungen einer einheitlichen Druckluftversorgungs-
und Regelungsvorrichtung für
die Zusatzkühlgasströme mit korrespondierender
Umfangslage verbunden sind.
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Auch der weitere Zusatzkühlring kann
als einstückige
sogenannte Segmentscheibe gleichmäßiger Dicke mit einer ebenen
Stirnfläche
ausgebildet sein, die in diesem Fall am inneren Umfang verteilte Zuführungsbohrungen
hat, von denen einseitig offene Radialnuten ausgehen, die bis zum äußeren Umfang
reichen, wobei die die Radialnuten aufweisende Stirnfläche an einer
ebenen Gegenfläche
eines Abschlußteils
abdichtend anliegt. Dieses Abschlußteil mit der Gegenfläche kann
hierbei von einer Unterseite einer Innenkühleinrichtung im Inneren des
Folienschlauches gebildet werden.
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Gemäß der bereits genannten Form
der Kühlmittelausbringung
kann diese Innenkühleinrichtung
in einer oder mehreren verschiedenen Ebenen liegende Ringdüsen umfassen,
die in den Ebenen der Ringdüsen
des Hauptkühlringes
liegen, und ein zentrisches Luftabsaugrohr aufweisen, das in den Folienschlauch
hineinragt. Eine derartige Innenkühleinrichtung kann aus einer
Mehrzahl von übereinanderliegenden
Ringscheiben aufgebaut sein, die mit Ausnahme einer Deckelscheibe
untereinander gleich ausgeführt
sein können.
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Eine Verbesserung der Dickenschwankungen
in Produktionsrichtung kann dadurch erreicht werden, daß zusätzlich zur
Messung der Dickenverteilung in Umfangsrichtung eine Messung des
Dickenverlaufs in Produktionsrichtung an einer oder mehreren Stellen
auf dem Umfang erfolgt und daß entweder
ein von einem Zusatzgebläse
erzeugter Kühlgasstrom
vor seiner Separierung in volumenregelbare Zusatzkühlgasströme in seinem
Gesamtvolumenstrom in Abhängigkeit
von dem gemessenen Längsdickenverlauf
in Produktionsrichtung periodisch derart verändert wird, daß in Produktionsrichtung
andernfalls periodisch auftretende Dickenschwankungen weitgehend
kompensiert werden oder daß bei
einem von einem Zusatzgebläse
kontinuierlich erzeugten Kühlgasstrom
nach seiner Separierung in volumenregelbare Zusatzkühlgasströme deren
einzelne Volumenströme
in Abhängigkeit
von dem gemessenen Längsdickenverlauf
in Produktionsrichtung periodisch derart gemeinschaftlich zusätzlich verändert werden,
daß in
Produktionsrichtung der Blasfolie andernfalls periodisch auftretende Dickenschwankugen
kompensiert werden.
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Aus der vorgenommenen Messung der
Foliendicke in Produktionsrichtung werden die Amplitude und die
Frequenz des unkorrigierten Längsdickenverlaufs
ermittelt und durch eine gegensteuernde Regelung der Zusatzkühlgasströme weitgehend
kompensiert. Diese Kompensation kann auf zwei Arten erfolgen. Eine
Möglichkeit
stellt die Ansteuerung der Regelemente in Form einer Schwingung
dar, wobei sich ein entsprechender periodischer Volumenstromverlauf
der separaten Zusatzkühlgasströme ergibt. Die
Ansteuerung der Regelelemente wird in Frequenz und Aplitude so eingestellt,
daß die
zuvor festgestellte periodische Änderung
der Foliendicke in Produktionsrichtung kompensiert wird. Eine andere Möglichkeit
ist die periodische Beeinflussung des von dem Gebläse erzeugten
Kühlgasstroms
bereits vor seiner Separierung in einzelne volumenregelbare Zusatzkühlgasströme. Die
Beeinflussung kann durch ein entsprechendes Regelelement im Gesamtzusatzkühlgasstrom
(Klappe und/oder Ventil) oder durch eine Drehzahländerung
des Gebläses
erfolgen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann an alle
bekannten Kühlringsysteme
angepaßt
werden, auch im Rahmen einer Nachrüstung.
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Die Gesamtkühlleistung des Hauptkühlrings wird
dabei in keiner Weise negativ beeinflußt. Weiterhin findet kein Eingriff
in das vorhandene Hauptkühlgassystem
statt.
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Bevorzugte Weiterbildungen, die in
den Unteransprüchen
im einzelnen genannt sind, werden nachstehend erläutert.
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Nach einer günstigen Ausführungsform
wird der Foliendickenverlauf in Umfangsrichtung zeitlich intermittierend
jeweils über
dem gesamten Umfang kontinuierlich gemessen. Hierzu kann ein Meßkopf verwendet
werden, der auf einem Ringträger
verfahrbar ist und berührungslos
in zeitlichen Abständen den
Dickenverlauf über
dem Umfang abtastet. Dies ist möglich,
da das Dickenprofil über
dem Umfang grundsätzlich
lagekonstant ist.
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Der Foliendickenverlauf in Produktionsrichtung
kann damit bevorzugt zwischen den einzelnen Messungen des Foliendickenverlaufs über dem
Umfang in einer Umfangsposition kontinuierlich gemessen werden,
wobei der gleiche in einer Umfangsposition festgehaltene Meßkopf Verwendung
finden kann.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn
der ungeregelte und über
dem Umfang ungeteilte Haupkühlgasstrom
aus dem Hauptkühlring
in zumindest zwei Ausblasebenen zugeführt wird. Hiermit wird bei
gegebener Kühlgasförderleistung
die Kühlwirkung
deutlich gesteigert.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Vorrichtungen
sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben.
Es zeigen
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1 den
Blaskopf eines Blasfolienextruders mit einem Hauptkühlring und
einem unterhalb davon, also in Herstellrichtung des Folienschlauches vor
dem Hauptkühlring
angeordneten ersten Zusatzkühlring
mit Gebläse und
Regelelementen für
eine separate Steuerung und Regelung der Zusatzkühlgasströme zum Zusatzkühlring in
einer ersten Darstellung (ohne zweiten Zusatzkühlring);
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2 eine
Draufsicht auf den ersten Zusatzkühlring mit Gebläse und Regeleinrichtungen
nach 1;
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3 einen
Teilschnitt durch den ersten Zusatzkühlring und den unteren Teil
des Hauptkühlrings gemäß Schnittlinie
III-III in 2;
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4 den
Blaskopf eines Blasfolienextruders mit einem Hauptkühlring und
einem unterhalb davon, also in Produktionsrichtung des Folienschlauches
vor dem Hauptkühlring
angeordneten ersten Zusatzkühlring
mit Gebläse
und Meß-
und Regelelementen für
eine separate Steuerung und Regelung der Zusatzkühlgasströme zum Zusatzkühlring in
einer zweiten ergänzten
Darstellung (ohne zweiten Zusatzkühlring);
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5 den
Blaskopf, den Hauptkühlring
und den ersten Zusatzkühlring
mit entsprechenden Kühlgaszuführungen
in vergrößertem Teilschnitt;
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6 die
Düsenaustritte
an dem ersten Zusatzkühlring
nach 5 als vergößerte Einzelheit;
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7 ein
Scheibenelement des ersten Zusatzkühlrings nach 5 in Draufsicht;
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8 den
Blaskopf eines Blasfolienextruders mit einem Hauptkühlring und
einem unterhalb davon, also in Produktionsrichtung des Folienschlauches
vor dem Hauptkühlring
angeordneten ersten Zusatzkühlring
sowie einem zusätzlichen
zweiten innenliegenden Zusatzkühlring
in einer dritten ergänzten
Darstellung;
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9 den
Blaskopf mit dem Hauptkühlring, dem
ersten Zusatzkühlring
und dem zweiten Zusatzkühlring
nach 8 in vergrößertem Teilschnitt;
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10 die
Austrittsdüsen
des esten Zusatzkühlringes
und des zweiten Zusatzkühlringes
nach 9 als vergrößerte Einzelheit.
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11 ein
Scheibenelement des zweiten Zusatzkühlrings nach 8 in Draufsicht; Die 1 bis 3 werden
nachstehend gemeinsam beschrieben.
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Die gezeigte Vorrichtung umfaßt einen
Blasfolienextruder mit einem Blaskopf 1, einem Hauptkühlring 2 für einen
konstanten ringförmigen
Hauptkühlgasstrom 3 und
einen unterhalb des Hauptkühlringes 2 angeordneten
ersten Zusatzkühlring 4 für eine Zufuhr
von separaten ringförmig
gruppierten Zusatzkühlgasströmen 5 zur
Kühlung
eines aus einem Ringkanal 6 am Blaskopf 1 austretenden
Folienschlauches 7. Zur Steuerung und Regelung des Dickenprofils
des Folienschlauches 7 ist eine Meß- und Regeleinrichtung vorgesehen,
die die Foliendicke an dem Folienschlauch 7 oberhalb einer
Einfriergrenze abtastet und die Zusatzkühlgasströme 5 in Abhängigkeit
von den gemessenen Foliendicken regelt.
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Der erste Zusatzkühlring 4 ist als Segmentscheibe
ausgebildet und am Blaskopf 1 des Blasfolienextruders unterhalb
des Hauptkühlringes 2 angeordnet,
um so den größtmöglichen
Einfluß auf
die Reduzierung der Foliendickentoleranzen zu nehmen. Der erste
Zusatzkühlring 4 ist
dabei unmittelbar am Austritt des plastischen Folienmaterials aus
dem Ringkanal 6 des Blaskopfes 1 montiert. Er
ist als unabhängiges
eigenständiges
Konstruktionselement an den Hauptkühlring 2 angesetzt.
Der erste Zusatzkühlring 4 ist
mit einem Gebläse 8 für die Zusatzkühlgasströme 5 verbunden,
wobei für
die Aufteilung des von dem Gebläse 8 erzeugten
Kühlgasstromes
in einzelne separate Zusatzkühlgasströme 5 eine
Einrichtung 9 vorgesehen ist, die aus einer Mehrzahl von Klappen
und/oder Ventilen besteht und die außerhalb des und getrennt vom
Hauptkühlring 2 angeordnet ist.
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Diese Vorrichtung 9 erlaubt
eine sehr genaue Steuerung und Regelung des Dickenprofils bei der Herstellung
von Blasfolien.
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Die Zusatzkühlgasströme 5 werden in Produktionsrichtung 10 des
Folienschlauches 7 vor dem Hauptkühlring 2 zugeführt und
direkt gegen den aus dem Blaskopf 1 austretenden Folienschlauch 7 gerichtet.
Dabei werden die Zusatzkühlgasströme 5 vor dem
Eintritt in den ersten Zusatzkühlring 4 durch
die Vorrichtung 9 in ihrem Volumenstrom geregelt.
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Zur Verbesserung der Dickentoleranzen
der Blasfolie in Produktionsrichtung kann mittels dieser Vorrichtung 9 der
von dem Gebläse 8 erzeugte
Kühlgasstrom
vor seiner Separierung in einzelne volumenregelbare Zusatzkühlgasströme 5 in
seinem Gesamtvolumenstrom in Abhängigkeit
von dem gemessenen Längsdickenverlauf
der Blasfolie in Produktionsrichtung periodisch derart verändert werden,
daß in
Produktionsrichtung der Blasfolie andernfalls periodisch auftretende
Dickenschwankungen weitgehend kompensiert werden.
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Ebenso ist es aber auch in einer
demgegenüber abgewandelten Form möglich, daß bei einem von dem Gebläse 8 kontinuierlich
erzeugten Kühlgasstrom
nach seiner Separierung in die einzelnen volumenregelbaren Zusatzkühlgasströme, die
Eizelvolumenströme
der Zusatzkühlgasströme in Abhängigkeit
von dem gemessenen Längsdickenverlauf der
Blasfolie in Produktionsrichtung periodisch derart verändert werden,
daß in
Produktionsrichtung der Blasfolie andernfalls periodisch auftretende
Dickenschwankungen weitgehend kompensiert werden.
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In 4 ist
eine Vorrichtung in gegenüber 1 erweiterter Darstellung
gezeigt, an der die folgenden Einzelheiten erkennbar sind. Ein Blaskopf 11 umfaßt einen
Ringkanal 16, der mit vertikaler Mittelachse 21 oben
aus dem Blaskopf austritt. Aus dem Ringkanal 16 tritt ein
Folienschlauch 17 aus, der nach oben mit nicht näher dargestellten
Mitteln abgezogen wird und durch innere Druckaufgabe mit hier nicht dargestellten
Mitteln nach dem Austritt aus dem Ringkanal 16 auf geweitet
wird. Hierbei wird er von einem oberhalb des Blaskopfes liegenden
Kalibrierkopf 22 gestützt
und in seinem Enddurchmesser im wesentlichen definiert. Der Folienschlauch 17 wird ringförmig umschlossen
von einem Hauptkühlring 12, dem
ein im wesentlichen ringförmiger
Hauptkühlgasstrom 13 entweicht,
sowie einem unmittelbar darunter zwischen Blaskopf 11 und
Hauptkühlring 12 liegenden
ersten Zusatzkühlring 14,
dem einzelne Zusatzkühlgasströme 15 entweichen.
Die Kühlgasströme 13, 15 wirken
zum einen stabilisierend auf den sich in Erweiterung befindlichen
Folienschlauch 17 ein, zum anderen kühlen sie das aus der Ringdüse 16 austretende
plastische Folienmaterial ab, bis in einer umlaufenden Einfrierzone
die plastische Erweiterung des Schlauchmaterials infolge des Abkühlens beendet
ist. Der Hauptkühlring 12 besteht
im wesentlichen aus einem torusförmigen
Hohlkörper,
der einige umfangsverteilte Zufuhrstutzen 23 aufweist,
und zumindest einer Ringdüse 24,
aus der der Hauptkühlgasstrom 13 möglichst
gleichmäßig austritt.
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Der erste Zusatzkühlring 14 besteht
aus einem einstückigen
Ringsegmentkörper,
der eine Mehrzahl von Zuführstutzen 25 aufweist
und der an seiner dem Folienschlauch 17 nahe liegenden
Innenseite einzelne Austrittsdüsen 26 hat,
aus denen einzelne regelbare Zusatzkühlgasströme austreten. Während die
Zuführleitung
zu den Stutzen 23 des Hauptkühlrings 12 nicht dargestellt
sind, sind beispielhaft zwei Einzelleitungen 27 zu den
Zuführstutzen 25 dargestellt.
Diese Leitungen sind mit einer Vorrichtung 19 verbunden,
die eine der tatsächlichen Anzahl
der umfangsverteilten Leitungen 27 entsprechende Anzahl
von Steuerventilen 29 umfaßt, von denen vier stellvertretend
dargestellt sind, die alle von einem Gebläse 18 über eine
Versorgungsleitung 20 druckluftbeaufschlagt sind. Oberhalb
des Kalibrierkopfes 22 befindet sich eine berührungslose
Dickenmeßeinheit 31,
die auf einem koaxial zum Schlauch angeordneten Drehkranz 32 befestigt
ist und die durch periodisches Umfahren des Folienschlauches 17 eine
Dickenverteilungsmessung vornehmen kann. Zwischen den einzelnen
Messungen der Umfangsdickenverteilung kann die Meßeinrichtung 31 ortsfest
gehalten werden und eine Längsdickenverlaufmessung
des Folienschlauches entlang einer Mantellinie vornehmen, wobei
dieser Längsdickenverlauf
repräsentativ
für die
Längsdickenveränderung
des gesamten Schlauchumfanges ist. Wie durch eine Signalleitung 33 symbolisiert,
wird das Ergebnis der Dickenmessung in einem Meß- und Steuergerät 34 verarbeitet,
von dem eine Steuerleitung 35 zum Gebläse 18 und eine Steuerleitung 36 zur
Vorrichtung 19 gehen. Mit der Steuerleitung 35 kann
die Gebläseleistung 18 insgesamt
variiert werden; über die
Steuerleitung 36, die stellvertretend für eine Vielzahl von Steuerleitungen
zu den einzelnen Steuerventilen 29 steht, kann der Öffnungsquerschnitt
der üblicherweise
pulsweitenmodulierten Steuerventile 28 einzeln verändert werden.
Die Messung der Umfangsdickenverteilung wird umgesetzt in eine Regelung
der einzelnen Zusatzluftströme 15.
Die Messung des Längsdickenverlaufes
dient zur Feststellung der Periode der Längsdickenänderung, wobei dann antizipierend
entgegensteuernd entweder die Leistung des Gebläses 18 verändert wird
oder an den Steuerventilen 29 eine entsprechende periodische
Korrektur überlagernd
zum eigentlichen Steuerungsvorgang aufgeprägt wird.
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In 5 ist
die Ringdüse 16 und
die Kühlringe 12, 14 ähnlich 4 in vergrößerten Teilschnitten gezeigt.
Gleiche Einzelheiten sind mit gleichen Bezugsziffern belegt, wobei
hier verschiedene Merkmale konstruktiv ausgeführt sind. An einen der Zufuhrstutzen 23 schließt sich
eine Zufuhrleitung 37 an. Es wird deutlich, daß der Haupkühlring 12 als
Hohlelement ausgebildet ist, das neben einem ersten Düsenaustrittsring 24 einen
weiteren Düsenaustrittsring 38 umfaßt. Der
Hauptkühlring 12 weist
eine untere plane Fläche 39 zumindest
in seinem Innenbereich auf, gegen den der Zusatzkühlring 14,
der eine obere prinzipiell plane Fläche 41 hat, verschraubt
ist. Im Zusatzkühlring 14 sind
einzelne Radialnuten 42 ausgeführt, die radial außen über Durchgangslöcher 43 mit
den einzelnen Anschlußstutzen 25 verbunden
sind, während
sie radial innen in den Zusatzdüsen 26 enden. Die
Radialnuten 42 bilden mit der planen Fläche 39 die einzelnen
Kühlgaskanäle. Der
erste Zusatzkühlring 14 ist über Zentrierklammen 44 gegenüber dem Blaskopf 11 zentriert.
Damit ist in gleicher Weise auch der mit dem ersten Zusatzkühlring 14 verschraubte
Hauptkühlring 12 gegenüber dem
Blaskopf und der Ringdüse 16 zentriert.
Im Bereich der Einzeldüsen 26 liegt
eine Isolierscheibe 40 zwischen Blaskopf 11 und
Zusatzkühlring 14.
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In 6 ist
als vergrößerte Detailzeichnung in
der gleichen Darstellung wie in 5 der
Blaskopf 11 mit dem Düsenschlitz 16 erkennbar,
aus dem der Folienschlauch 17 austritt, der hier vereinfachend
mit gleichmäßiger Wandstärke dargestellt
ist. Auf dem Blaskopf 11 ist die Isolierscheibe 40 sichbar,
darüber liegen
der Haupkühlring 12 mit
den Ringdüsen 24, 38 und
der darunter geschraubte erste Zusatzkühlring 14 mit einer
Einzeldüse 26.
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In 7 ist
der erste Zusatzkühlring 14 nach 5 als Einzelheit in Draufsicht
gezeigt. In einer im wesentlichen planen Flanschfläche 41 sind
die bereits angesprochenen Radialnuten 42 erkennbar, die außen mit
Abstand von der Umfangskante enden und mit den Durchgangslöchern 43 Verbindung
haben und die nach innen in den voneinander durch Zwischenstege 45 getrennten
Düsenöffnungen 26 enden.
In der Mitte befindet sich die zentrale Durchtrittsöffnung 46 für den Folienschlauch.
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In 8 ist
in weitgehend übereinstimmender
Darstellung mit 4 eine
Vorrichtung in einer ergänzten
Ausführung
gezeigt, bei der die gleichen Einzelheiten wie in 4 mit den gleichen Bezugsziffern belegt
sind. Auf die dazu gegebene Beschreibung wird insoweit Bezug genommen.
Innerhalb des Folienschlauches 17 befindet sich eine Innenkühlvorrichtung 47,
die auf den Blaskopf 11 aufgeschraubt ist und mehrere Elemente
umfaßt,
auf die nachstehend noch näher
Bezug genommen wird. Am Umfang der Vorrichtung 47 befinden
sich in verschiedenen Ebenen Ringdüsen 49, 50,
die radial nach außen
austreten. Diese werden über
einen Innenhohlraum 51 mit Kühlgas versorgt, das über ein
koaxiales zentrales Abzugsrohr 52 mit oben offenem Ende
wieder abgesaugt wird. Zwischen Innenkühlvorrichtung 47 und Blaskopf 11 ist
ein weiterer Zusatzkühlring 48 eingesetzt,
der eine Mehrzahl von inneren Zusatzkühlgasströme 53 über Einzeldüsen 54 erzeugt,
die über
einzelne Versorgungsleitungen 55 mit zusätzlicherem steuerbaren
Kühlgas
versorgt werden. Die Leitungen 55 sind jeweils Zweigleitungen
der Einzelleitungen 27, so daß bestimmte Umfangsbereiche
des Folienschlauches 17 jeweils mit einheitlich gesteuertem
zusätzlichen
Kühlgas
von innen und außen
beaufschlagt werden.
-
In 9 ist
der Blaskopf 11, der Hauptkühlring 12 und der
erste Zusatzkühlring 14 in
gleicher Weise in 5 gezeigt;
gleiche Einzelheiten sind mit gleichen Bezugsziffern belegt; auf
die Beschreibung der 5 wird
insoweit Bezug genommen. Darüberhinaus
ist im Inneren des Folienschlauches 17 die auf den Blaskopf 11 aufgesetzte
Innenkühlvorrichtung 47 erkennbar,
dessen unterstes Element der innere zweite Zusatzkühlring 48 ist,
der auf ein Zylinderrohr 56 innerhalb des Blaskopfes 11 ausgeschraubt
ist. Innerhalb dieses Rohres 56 sind die Zuführleitungen 55 als
Bohrungen ausgeführt.
Der Zusatzkühlring 54 umfaßt Durchgangsbohrungen 57 zur
Verbindung mit diesen Zuführungsleitungen 55 sowie
in einer planen Fläche 58 ausgeführte Radialnuten 59,
deren Enden die Einzeldüsen 54 bilden.
Die Innenkühlvorrichtung 47 umfaßt weiterhin
mehrere aufeinander gesetzte Scheibenelemente, von denen das untere
eine plane Unterseite 60 aufweist, die die Radialnuten 59 nach oben
abschießt,
so daß einzelne
Kühlgaskanäle gebildet
werden. Die einzelnen Scheibenelemente bilden miteinander die Ringdüsen 49, 50 und
sind durch Gitterhülsen
miteinander verbunden. Zwischen der Segmentscheibe und dem Blaskopf 11 ist
ein weiterer Isolierring 62 vorgesehen.
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In 10 sind
die bereits in 9 erkenbaren
Einzelheiten vergrößert gezeigt,
wobei insbesondere die Bildung der Zusatzkühlgasaustritte 54 durch den
zweiten Zusatzkühlring 48 und
das untere der Ringelemente der Innenkühlvorrichtung 47 sowie
die Verbindung der Durchgangsbohrungen 57 mit den Zufuhrkanälen 55 deutlich
wird.
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In 11 ist
der innere zweite Zusatzkühlring 48 mit
den bereits genannten Einzelheiten Durchgangsbohrungen 57 und
Radialnuten 59 gezeigt, die in einer planen Oberfläche 58 eingefräst sind.
Diese Radialnuten 59 sind zumindest bis nahe an den Außenumfang
durch Trennstege 63 voneinander getrennt. Die Ringscheibe
hat eine Zentralöffnung 64 für die allgemeine
Luftzuführung.
-
- 1
- Blaskopf
- 2
- Hauptkühlring
- 3
- Hauptkühlgasstrom
- 4
- Zusatzkühlring (erster)
- 5
- Zusatzkühlgasstrom
- 6
- Ringkanal
- 7
- Folienschlauch
- 8
- Gebläse
- 9
- Einrichtung
zu Kühlgassteuerung
- 10
- Produktionsrichtung
- 11
- Blaskopf
- 12
- Hauptkühlring
- 13
- Hauptkühlgasstrom
- 14
- Zusatzkühlring (erster)
- 15
- Zusatzkühlgasstrom
- 16
- Ringdüse
- 17
- Folienschlauch
- 18
- Gebläse
- 19
- Einrichtung
zu Ventilsteuerung
- 20
-
- 21
- Achse
- 22
- Kalibrierkopf
- 23
- Zuführstutzen
- 24
- Ringdüse
- 25
- Zuführstutzen
- 26
- Einzeldüse
- 27
- Zusatzkühlgasleitung
- 28
- Zufuhrleitung
- 29
- Steuerventil
- 30
-
- 31
- Meßeinrichtung
- 32
- Drehkranz
- 33
- Signalleitung
- 34
- Steuer-
und Regeleinheit
- 35
- Steuerleitung
- 36
- Steuerleitung
- 37
- Zufuhrleitung
- 38
- Ringdüse
- 39
- Planfläche
- 40
- Isolierscheibe
- 41
- Planfläche
- 42
- Radialkanal
- 43
- Durchgangsloch
- 44
- Zentrierklammer
- 45
- Zwischensteg
- 46
- Zentralöffnung
- 47
- Innenkühlvorrichtung
- 48
- Zusatzkühlring (zweiter)
- 49
- Ringdüse
- 50
- Ringdüse
- 51
- Zufuhrraum
- 52
- Abzugsrohr
- 53
- Zusatzkühlgasstrom
- 54
- Einzeldüse
- 55
- Zufuhrleitung
- 56
- Zylinderrohr
- 57
- Durchgangsbohrung
- 58
- Planfläche
- 59
- Radialkanal
- 60
- Planfläche
- 61
-
- 62
- Isolierscheibe
- 63
- Trennsteg
- 64
- Zentralöffnung