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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Blasfolienanlage, eine Kalibriereinheit und eine Blasfolienanlage.
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Blasfolienanlagen sind im Stand der Technik zum Herstellen von Folien bekannt und bewährt: Ein Extruder oder in der Praxis für mehrlagige Folien meist eine Mehrzahl Extruder schmelzen ein Kunststoffgranulat auf und verdichten und vergleichmäßigen, kurz homogenisieren, dadurch das Granulat zu einer Kunststoffschmelze. Die Kunststoffschmelze wird über eine Leitung in Vorverteiler eines Blaskopfes und von dort in einen Wendelverteiler eines Blaskopfes betrieben. Im Blaskopf führen die Wendel die zuströmende Kunststoffschmelze in mehreren Lagen in einen Ringspalt und dann den Ringspalt entlang zu einer Ringdüse. Aus der Ringdüse wird die Folie als endloser Folienschlauch extrudiert.
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Blasfolienanlagen können verschiedene Ausrichtungen haben: Früher wurde meist vertikal von oben nach unten extrudiert, heutzutage wird hingegen meist von unten nach oben extrudiert.
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Der Folienschlauch ist bei seinem Austritt aus der Ringdüse noch schmelzeförmig. Im Innenraum des Folienschlauches eingeblasene Druckluft bläst die Schmelze auf, was überwiegend zu einer Querverstreckung des Folienschlauches führt. Gleichzeitig wird in den meisten Fällen mit einem Abzugswalzenpaar eine Längsverstreckung aufgebracht, um eine biaxial verstreckte Kunststofffolie zu erzielen.
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Eine Kalibriereinheit, meist eine Vielzahl von zylindrisch angeordneten Rollen aufweisend, führt den Folienschlauch zu einer Flachlegung. In der Flachlegung wird der Folienschlauch in seinem Querschnitt qualitativ verändert, nämlich von seiner zumindest in etwa zylindrischen Form hin zu einer flach gelegten Doppellagenfolienbahn; der Umfang wird hierbei jedoch nicht mehr oder zumindest nicht mehr wesentlich geändert.
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Der einmal flach gelegte Folienschlauch kann umgelenkt werden, wobei meist eine Reversiereinrichtung zum Einsatz kommt, um bei einem späteren Aufwickeln Dickstellen im Folienwickel zu vermeiden bzw. die Dickstellen zu verteilen.
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Es ist bekannt, mit Wasser als Kühlmedium dem Folienschlauch Wärme zu entziehen.
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Die
DE 2005 182 A offenbart eine mikroporöse Hülse mit einer Wässerung.
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Die
WO 2011/058072 A2 schlägt eine Kalibrierung von Schlauchfolie bei einer Extrusion nach unten vor.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dem Stand der Technik eine Verbesserung oder Alternative zur Verfügung zu stellen.
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Nach einem ersten Aspekt der hier vorliegenden Erfindung löst die gestellte Aufgabe ein Verfahren zum Betreiben einer Blasfolienanlage, wobei von einem Extruder kommende Schmelze durch einen Blaskopf geführt wird und durch eine Ringdüse in Form eines endlosen Folienschlauches ausgebracht wird, und zwar entweder vertikal von unten nach oben oder von einer vertikalen Achse abweichend, wobei der Folienschlauch durch eine Kalibriereinheit geführt wird und danach in einer Flachlegung flach gelegt wird, wobei sich das Verfahren dadurch kennzeichnet, dass der Folienschlauch in der Kalibriereinheit mittels einer Druckdifferenzeinrichtung an das Innere einer Hülse angelegt wird und dort mit Kühlwasser unmittelbar gekühlt wird.
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Begrifflich sei hierzu Folgendes erläutert:
Im Rahmen der hier vorliegenden Patentanmeldung sind unbestimmte Artikel und Zahlenangaben wie „ein”, „zwei” usw. regelmäßig als Mindestens-Angaben zu verstehen, also als „mindestens ein...”, „mindestens zwei...” usw., sofern sich nicht aus dem jeweiligen Kontext ergibt, dass etwa dort nur „genau ein...”, „genau zwei...” usw. gemeint sein sollen oder können.
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So ist beispielsweise die Formulierung „von einem Extruder” im unabhängigen Patentanspruch 1 so zu verstehen, dass die Schmelze „von mindestens einem Extruder” kommen soll.
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Als die „Druckdifferenzeinrichtung” sei eine solche Einrichtung verstanden, die dazu eingerichtet ist, den Innendruck des Folienschlauchs gegenüber dem ihn umgebenden Druck zu erhöhen. Dazu kann der Luftdruck innerhalb des Folienschlauchs aktiv erhöht werden, vor allem mittels des Pumpens von Luft oder einem anderen Gas in das Innere des Folienschlauchs hinein; und/oder es kann der Außendruck, der den Folienschlauch umgibt, aktiv heruntergesetzt werden, also in einer den Folienschlauch umgebenden Vakuumkammer der Luftdruck reduziert werden.
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Durch das Anlegen des Folienschlauchs an das Innere der Hülse wird eine sehr präzise Kalibrierung gewährleistet, wobei gleichzeitig eine gute Wärmeabführung bereit gestellt wird. Über das unmittelbare Entlangfließen des Kühlwassers an der äußeren Oberfläche des Folienschlauchs wird dieser deutlich stärker gekühlt, als bislang bekannt.
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Unter dem Betriff „unmittelbar” ist zu verstehen, dass es zu einem unmittelbaren Kontakt zumindest einer sehr großen Menge Kühlwasser, vor allem des gesamten Kühlwassers, mit der äußeren Oberfläche der Folienbahn oder der inneren Oberfläche der Folienbahn kommt.
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Es wird vorgeschlagen, dass der Folienschlauch zunächst an das Innere der Hülse geführt und erst danach zum ersten Mal mit dem Kühlwasser benetzt wird, insbesondere zum ersten Mal in der Kalibriereinheit.
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Dadurch, dass die Folie zunächst gegen das Innere der Hülse mit Druck geführt wird oder gesaugt wird, wobei die Hülse größer, kleiner oder gleich groß der Ringdüse sein kann, kann der Folienschlauch zunächst auf eine gewünschte Größe gebracht werden. Dort wird die Größe durch das Innere der Hülse gegenüber Anwachsen infolge der Druckdifferenz gestoppt. Erst nach diesem mechanischen Begrenzen des Aufweitens des Folienschlauchs erfolgt der Kontakt mit dem Kühlwasser und infolgedessen ein früheres Einfrieren der Schmelze, so dass der Folienschlauch Kräfte aufnehmen kann. Relevante Kräfte können beispielsweise die eigene Widerstandskraft gegen das Aufweiten infolge des Differenzdrucks sein, und/oder der stabilere Folienschlauch kann besser Längskräfte aufnehmen, die beispielsweise von einem Abzugswalzenpaar ausgeübt werden können.
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In einer denkbaren konstruktiven Variante wird der Folienschlauch erst nach der Berührung des Inneren der Hülse zum ersten Mal mit Kühlwasser in Kontakt geführt.
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Eine Alternative sieht vor, dass zwar schon vor dem Eintreten des Folienschlauchs in die Kalibriereinheit ein Kühlwasserkontakt stattfindet, dann aber der Eintritt in die Kalibriereinheit erfolgt und innerhalb der Kalibriereinheit der Folienschlauch zunächst an das Innere der Hülse geführt und dort zum ersten Mal in der Kalibriereinheit ein Kontakt mit Kühlwasser hergestellt wird.
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Um die äußere Oberfläche des Folienschlauchs mit dem Kühlwasser unmittelbar an seiner Oberfläche zu versehen, wird vorgeschlagen, dass die Hülse Wandöffnungen aufweist und der Folienschlauch durch diese Wandöffnungen hindurch mit den Kühlwasseroberflächen versehen wird.
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Das Kühlwasser, welches beispielsweise flächig, in einem linienförmigen oder punktförmigen Strahl zur Hülse und somit auch zum Folienschlauch hin ausgebracht wird, trifft dann zwar im Normalfall auch eine äußere Oberfläche der Hülse, nämlich neben den Wandöffnungen der Hülse, sorgt aber auch dort für eine Kühlwirkung, nämlich für eine Kühlwirkung der Hülse. Gleichzeitig tritt ein anderer Teil des Kühlwassers durch die Wandöffnungen hindurch und berührt unmittelbar die Oberfläche des Folienschlauchs, so dass dieser auch direkt gekühlt wird. Das Kühlwasser hat bei einer solchen Konstruktion eine doppelte Kühlwirkung auf den Folienschlauch, nämlich einmal unmittelbar und einmal mittelbar über die Hülse.
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Rein vorsorglich sei darauf hingewiesen, dass eine „metallene” Hülse nur die beste Ausführungsform der Erfindung darstellt, weil sich die Anlage auch bei hohen Temperaturen noch gut führen lässt und dennoch die Kühlwirkung verlässlich vorherrscht. Ausdrücklich sei aber darauf hingewiesen, dass die Hülse auch mit anderen Werkstoffen erfindungsgemäß eingesetzt werden kann, beispielsweise mit einer Metalllegierung, die auch andere Werkstoffe einschließen kann, oder sogar vollständig metallfrei. Wichtig ist für den Fachmann lediglich zu erkennen, dass neben der in jedem Fall zu erzielenden unmittelbaren Kühlwirkung durch Benetzung des Folienschlauchs mit Kühlwasser die zusätzliche, mittelbare Kühlwirkung dann am größten ist, wenn der Werkstoff der Hülse eine möglichst hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Auch eine Ausführungsform, die an dieser Stelle eine geringere Leitfähigkeit aufweist, verwirklicht also die Erfindung, wenn auch als verschlechterte Ausführungsform.
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Konstruktiv scheint von Vorteil zu sein, wenn das Kühlwasser außerhalb der Hülse vernebelt wird und in dieser Form durch die Wandöffnungen hindurch und bevorzugt auch auf die Wand der Hülse gesprüht wird.
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Eine Vernebelung von Kühlwasser führt einerseits zu einem großen Oberflächenanteil des Kühlwassers. Dies kann schon außerhalb der Hülse dazu führen, die dort vorherrschende Luft abzukühlen, was nochmals den Temperaturgradienten vom Folienschlauch nach außen erhöht. In jedem Fall aber wird eine stark flächige Benetzung des Folienschlauchs erreicht.
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Eine Steuerung oder Regelung kann vorgesehen sein, welche die Temperatur des Kühlwassers und/oder den Volumendurchsatz des Kühlwassers über Längs- und/oder Umfangssegmente der Kalibriereinheit unterschiedlich einsetzt. Insbesondere kann im Falle einer Regelung eine Foliendickenmessung vorgesehen sein, beispielsweise jenseits der Kalibrierung, und die daraus gewonnenen Erkenntnisse über eine etwa ungleichmäßige Dickenverteilung der Folie kann zu einer gezielten stärkeren oder schwächeren Kühlung des Folienschlauchs über den Umfang eingesetzt werden, vor allem zu einer Dickenregelung.
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Es ist denkbar, die Dickenregelung unter Zuhilfenahme eines vorgeschalteten Kühlluftrings und/oder einer segmentierten Infrarotheizung zu bewirken.
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Konstruktiv sieht die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung vor, dass zum Anlegen des Folienschlauchs an die Hülse ein Unterdruck außerhalb des Folienschlauchs und außerhalb der Hülse erzeugt wird.
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Außerhalb der Hülse ist ausreichend Bauraum vorhanden, um beispielsweise einen Vakuumtank und eine entsprechende Absaugpumpe zu installieren. Durch Wandöffnungen hindurch kann das Vakuum auf das Innere der Hülse wirken, somit auch auf den Folienschlauch.
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Es sei darauf hingewiesen, dass der Begriff „Vakuumtank” nicht zwingend ein vollständiges Vakuum ermöglichen soll. Vielmehr reicht bereits ein Unterdruck gegenüber dem Innendruck des Folienschlauchs aus. Bevorzugt wird aber ein Unterdruck auch gegenüber der Umgebungsluft erzeugt.
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Bevorzugt wird der Unterdruck durch Wandöffnungen der Hülse hindurch an den Folienschlauch angelegt. Die Wandöffnungen können dieselben sein, wie sie zum Durchtritt von Kühlwasser vorgesehen sind. Es kann sich aber auch um unterschiedliche Wandöffnungen in der Hülse handeln.
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Ein besonderer Vorteil der Ausrichtung der Extrusionsrichtung aus der Ringdüse, nämlich entweder vertikal nach oben oder von einer vertikalen Achse abweichend, ist darin zu sehen, dass das Kühlwasser vom Folienschlauch wieder entfernt werden kann. Bei einer Extrusionsrichtung vertikal von unten nach oben kann die Schwerkraft als Unterstützung dafür eingesetzt werden, dass das Kühlwasser nicht mit dem nach oben aufsteigenden Folienschlauch außerhalb eines handhabbaren Bereichs transportiert wird, sondern sich entgegen der aufsteigenden Extrusionsrichtung des Folienschlauchs wieder nach unten hin bewegt und damit im Bereich der Kalibriereinheit bleibt.
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Bei einer Extrusionsachse und Extrusionsrichtung, die von einer Vertikalen abweichen, führt die Schwerkraft sogar dazu, dass sich das Kühlwasser auf einer Seite des Folienschlauches sammelt, nämlich auf einer Unterseite. Dort kann es besonders leicht vom Folienschlauch getrennt werden und den Folienschlauch somit trocken und ohne Verschmutzungen durch Wasser weiterlaufen lassen.
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Die Trocknung des Folienschlauchs kann in einer separaten Kammer erfolgen, vor allem einer separaten Kammer an der Kalibriereinheit.
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Der guten Ordnung halber sei darauf hingewiesen, dass es sich beim „Kühlwasser” nicht zwingend um reines Wasser handeln muss. Vielmehr können auch andere Flüssigkeiten pur oder in Mischung miteinander oder mit Wasser eingesetzt werden.
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Es ist von Vorteil, wenn das Kühlwasser im Verlauf der Kalibriereinheit abgeführt wird. Die Kalibriereinheit verfügt ohnehin über eine Kühlwasserzuführung, so dass auch eine Kühlwasserabführung konstruktiv leicht dort ansetzbar sein wird.
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Unterhalb des Folienschlauchs kann ein Wassersammler eingesetzt werden und durch den Wassersammler kann das Kühlwasser eingesammelt und abgeführt werden, insbesondere abgesaugt werden.
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Beispielsweise ist dies sehr leicht möglich, wenn der Folienschlauch horizontal durch die Kalibriereinheit geführt wird.
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Begrifflich sei darauf hingewiesen, dass unter einer Führung „horizontal” nicht zwingend eine exakt geodätisch horizontale Führung erforderlich ist. Jedenfalls ingenieurmäßige Abweichungen von der Horizontalen sind in der Extrusionsrichtung möglich, ohne den hier verwendeten Ausdruck des „Horizontalen” zu verlassen.
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In einer etwas erweiterten Betrachtungsweise können auch kleine Winkel mit der Horizontalen eingegangen werden, beispielsweise Winkel unter 15° oder unter 10°, was zwar zu leicht verschlechterten Ausführungsformen führen kann, aber immer noch Ausführungsformen der Erfindung sein können.
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Der Folienschlauch kann mit demjenigen Austrittsumfang in die Flachlegung geführt werden, welchen er beim Verlassen der Kalibriereinheit hat, insbesondere mit dem Umfang des Inneren der Hülse.
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Bei einer solchen Ausführungsform dient die Hülse sogleich dazu, den Folienschlauch zumindest im Wesentlichen seinen endgültigen oder zumindest vorläufig endgültigen Umfang zu verleihen.
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Es sei darauf hingewiesen, dass in der Hülse der Folienschlauch bevorzugt exakt zylindermantelförmig geführt wird. Jedenfalls sollten aber keine Kanten vorgesehen sein. Eine leicht elliptische Form beispielsweise ist aber ohne Weiteres als eine verschlechterte Ausführungsform auffassbar.
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Der Austrittsumfang des Folienschlauchs ist nicht überall zylindrisch oder kantenfrei. Insbesondere wird der Folienschlauch in der Flachlegung so modifiziert, dass der Umfang gerade nicht mehr zylindrisch ist, sondern sich aus zwei parallelen Folienlagen mit dazwischenliegenden Knicken ändert. Bei einer solchen qualitativen Querschnittsänderung erfolgt jedoch keine oder zumindest im Wesentlichen keine nennenswerte quantitative Umfangsänderung.
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Der Folienschlauch kann mittels eines unmittelbar jenseits der Flachlegung angeordneten Abzugs zwischen Düsenaustritt und Abzugseintritt längsverstreckt werden.
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Unter einem „Abzug” sei eine Walze oder in der Praxis meist ein Walzenpaar verstanden, welches dazu eingerichtet ist, eine Längskraft auf den zulaufenden Folienschlauch auszuüben, was dadurch erreicht wird, dass die Umfangsgeschwindigkeit der dortigen Abzugswalze, an welcher der Folienschlauch in flach gelegter Form anliegt, größer ist, als die Extrusionsgeschwindigkeit an der Ringdüse. Im Betrieb der Blasfolienanlage wird dann kontinuierlich eine Längsverstreckung des Folienschlauchs bewirkt.
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Die Formulierung „unmittelbar jenseits der Flachlegung” muss nicht heißen, dass nicht beispielsweise noch Umlenkwalzen oder ähnliches vorgesehen sein können, sondern sei lediglich so zu verstehen, dass der Abzug an derselben Folienblase angreifen soll, wie die Kalibrierung.
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Demgegenüber sind auch sog. Double-Bubble-Anlagen oder Anlagen mit drei oder mehr Blasen bekannt.
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Die Erfindung lässt sich bei Anlagen mit beliebigen Anzahlen von Blasen vorteilhaft einsetzen, und zwar an mindestens einer Blase, gegebenenfalls aber auch an mehreren oder allen Blasen.
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Vor allem dann, wenn eine Anlage mit mehreren Blasen eingesetzt wird, wird vorgeschlagen, dass der Folienschlauch mittels eines unmittelbar jenseits der Flachlegung angeordneten Haltewerks in Extrusionsgeschwindigkeit gefördert wird, also mit einer Walze oder einem Walzenpaar, die bevorzugt exakt oder nur sehr gering abweichend von der Extrusionsgeschwindigkeit drehen.
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Es wurde bereits erläutert, dass der Folienschlauch in der Blasfolienanlage zu zwei oder mehr Blasen aufgeblasen werden kann.
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Bei einer solchen Anlage wird vorgeschlagen, dass der Folienschlauch in der ersten Blase durch die Kalibriereinheit geführt wird, anschließend flach gelegt wird und danach wieder aufgeblasen und zum zweiten Mal flach gelegt wird. Bei einer solchen Anlagenkonstellation lassen sich erhebliche Variationsmöglichkeiten für den Folienschlauch einstellen.
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Bei einer Anlage mit zwei Blasen und zwei Flachlegungen ist es denkbar, dass der Folienschlauch nach der ersten Flachlegung gekühlt wird.
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Vor dem zweiten Aufblasen kann der Folienschlauch aktiv geheizt werden, insbesondere mittels einer Strahlungsheizung.
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Die zweite Blase dient dazu, den Folienschlauch biaxial zu verstrecken, wobei Luft in das Innere der Blase intermittierend eingebracht werden kann. Um einem langsamen Entweichen dieser Luft gerecht zu werden, kann der Abzug höhenverstellbar sein, sodass der Abzug während der Produktion immer weiter zur Blase hin bewegt werden kann und nach neuerlichem Einblasen von Luft in das Innere der Blase der Abzug wieder nach oben verstellt werden kann.
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Um die Anlage kompakt bauen zu können, wird vorgeschlagen, dass der Folienschlauch auf seinem Weg von der ersten zur zweiten Blase umgelenkt wird, vor allem um zumindest etwa 90°, und vor allem von einer Horizontalen in die Vertikale.
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Auf dem Weg der Umlenkung können eine oder mehrere andere Richtungen angenommen werden und es kann auch zum Teil eine Rückführung erfolgen, welche parallel zu einer Hinführung liegt.
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Das Handling des Folienschlauchs wird dann besonders leicht, wenn der Folienschlauch bereits in der Kalibriereinheit erstarrt wird, wenn sich also die Frostlinie des extrudierten Folienschlauchs bereits vor dem Austritt aus dem Inneren der Hülse einstellt.
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Vor allem lässt sich mit einer Blasfolienanlage, die das Verfahren ausübt, aufgrund der verbesserten Kühlwirkung auch ein Folienschlauch mit großer Foliendicke herstellen, beispielsweise ein Folienschlauch mit einer Foliendicke von etwa 500 μm oder mehr im Bereich der Kalibriereinheit.
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Das erwärmte Kühlwasser kann durch eine Wärmeenergierückgewinnung in einem Kreislauf mit der Kalibriereinheit geführt werden, wo ein Wärmetauscher das Kühlwasser kühlt und die dem rückgelaufenen Kühlwasser entzogene Wärmeenergie anderweitig einsetzt, vor allem zur Unterstützung eines Aufheizprozesses.
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Nach einem zweiten Aspekt der hier vorliegenden Erfindung löst die gestellte Aufgabe eine Kalibriereinheit zum Einsatz in einer Blasfolienanlage, insbesondere in einer solchen Blasfolienanlage, die zum Durchführen eines Verfahrens, wie vorstehend beschrieben, eingerichtet ist, wobei die Kalibriereinheit eine Hülse, eine Druckdifferenzeinrichtung und eine Kühlwassereinrichtung aufweist.
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Um die technischen Einrichtungen zu schützen und Verschmutzungen zu vermeiden, wird vorgeschlagen, dass die Hülse in einem Mantel angeordnet ist.
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Ein Mantel kann um die Hülse herum abgedichtet sein und einen Vakuumtank formen.
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Es versteht sich, dass die Abdichtung keine vollständige Abdichtung sein muss, weil das zu erzeugende „Vakuum” kein Vakuum im physikalischen Sinne sein muss, sondern hier lediglich als ingenieurmäßige Bezeichnung für einen bevorzugt ringförmigen Raum mit gegenüber der Umgebung künstlich herabgesetzten Luftdruck sein soll.
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An dem Mantel kann eine Kühlwasserabsaugung angeordnet sein.
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Wenn ein Mantel die Hülse umgibt, dann wird dieser Mantel sich im Normalfall über zumindest die im Wesentlichen gesamte Länge der Kalibriereinrichtung erstrecken, somit also besonders gut dafür geeignet sein, vom Folienschlauch kommendes Kühlwasser sicher aufzufangen. Der Mantel kann bevorzugt zylindrisch gestaltet sein und eine zylindrische Hülse umgeben, so dass sich vor allem bei nicht-vertikaler Extrusionsachse ein eindeutiger Sammelbereich für das Wasser im Mantel ergibt, nämlich unten in der Krümmung des Mantels. Dort kann besonders gut eine Kühlwasserabsaugung angeordnet werden.
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Die Kühlwasserabsaugung ist bevorzugt in eine Zirkulationsleitung mit einem Wärmetauscher eingebunden. Auf diese Weise kann das erwärmte Kühlwasser nach der Absaugung in die Zirkulationsleitung eingespeist werden, im Wärmetauscher kann die Energie aus dem erwärmten Kühlwasser entzogen werden und das Kühlwasser kann in der Zirkulationsleitung weitergeführt und wieder auf den Folienschlauch zum abermalen Abkühlung gebracht werden.
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Besonders leicht ist dies dann zu bewirken, wenn die Zirkulationsleitung zu Sprühdüsen für die Kühlwassereinrichtung führt.
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Um den Mantel ebenfalls als Vakuumtank zu verwenden, wird vorgeschlagen, dass eine Vakuumpumpe an den Mantel angeschlossen ist und mit dem Vakuumtank mittels eines Vakuumieranschlusses in Wirkverbindung steht.
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Die Vakuumpumpe erzeugt auf einer Seite einen Unterdruck, auf ihrer anderen Seite hingegen einen Überdruck. Auf derjenigen Seite, auf welcher der Unterdruck erzeugt wird, muss mit einer zumindest im Wesentlichen abgedichteten Leitung eine Verbindung in den Vakuumtank hergestellt werden, was die Wirkverbindung herstellt. Im Betrieb der Vakuumpumpe wird dann im Vakuumtank ein Unterdruck gegenüber der Umgebungsluft erzeugt.
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Wenn der Vakuumieranschluss an einer Oberfläche in den Vakuumtank führt, dann besteht die größte Wahrscheinlichkeit, dass nicht versehentlich Kühlwasser beim Vakuumieren durch den Vakuumieranschluss aus dem Vakuumtank herausgesaugt wird.
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Der Vakuumieranschluss kann mit einer Spritzwasserabdeckung geschützt sein. Hierzu dient beispielsweise ein flächiges Bauteil wie ein Blech, z. B. in Form eines kreisrunden, geraden oder aus der Ebene herausgebogenen Blechs, oder beispielsweise ein Blechstreifen, gerade oder gekrümmt, der mit einem Abstand von wenigen Millimeter bis wenigen Zentimetern zur Innenseite der Hülse angeordnet ist und flächig die Öffnung des Vakuumieranschlusses überdeckt. Beim Vakuumieren kann die Innenluft um die Kanten des Blechs herum in den Vakuumieranschluss hineingesaugt werden.
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Die Kühlwasserabsaugung ist bevorzugt an einer Unterseite in den Vakuumtank geführt. Diese unterstützt es, das Kühlwasser der Schwerkraft folgen zu lassen und einfach an der Unterseite des Vakuumtanks abzugreifen.
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Die Hülse weist bevorzugt eine Vielzahl Wandöffnungen auf. Die Wandöffnungen können beispielsweise aus Bohrungen bestehen, oder es können Schlitze vorgesehen sein, oder es können Nuten vorgesehen sein, wobei die Nuten bevorzugt durch Bohrungen seitens einer Luftabsaugung zugänglich sind, wobei die Wandöffnungen auf verschiedenste Weise hergestellt sein können, beispielsweise durch mechanisches Bohren, elektrochemisches Bohren, elektrochemisches anderweitiges Senken, Laserbohren oder Erodieren oder weitere Herstellweisen. Es kann auch beispielsweise eine spiralförmige oder skelettartig aufgebaute Wandöffnung vorgesehen sein, so dass zwar nur eine einzige Wandöffnung vorliegt, ein auf die Hülse gebrachter Sprühnebel aber sowohl Durchtritte, als auch Wandflächen trifft und somit die eine, stark verzweigte oder verwendete Öffnungen als eine Vielzahl von Öffnungen dient.
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Wenn eine Vielzahl Sprühdüsen vorgesehen sind, befinden sich diese bevorzugt ringsum um die Hülse angeordnet und sind auf die Hülse zielend ausgerichtet.
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Nach einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung löst die gestellte Aufgabe eine Blasfolienanlage mit einer Kalibriereinheit wie vorstehend beschrieben.
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Die Kalibrierung an der Blasfolienanlage kann idealerweise längs segmentiert sein, so dass eine Mehrzahl Kalibriereinheiten, wie vorstehend beschrieben, vorgesehen und längs miteinander verbunden sind. Bevorzugt weisen die Hülsen hierzu Anschlussflansche für eine Längsverbindung auf, vor allem für eine exakt koaxiale Längsverbindung.
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Es können zwei oder mehr auf jeweils einen identischen oder auf unterschiedliche Durchmesser ausgelegte Hülsen unabhängig voneinander vorgesehen sein, sodass entlang der Extrusionsrichtung unterschiedliche Unterdruckniveaus eingestellt werden können.
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Unabhängig davon, ob eine oder mehrere Kalibriereinheiten, wie vorstehend beschrieben, vorgesehen sind, kann eine verfahrbare Halterung für die Kalibriereinheiten vorgesehen sein. Mit einer verfahrbaren Halterung wird einerseits das Anfahren der Anlage leichter, andererseits können Feineinstellungen an der Anlage auch im laufenden Betrieb vorgenommen werden.
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Es wurde bereits erwähnt, dass die Blasfolienanlage in ihrer Gänze eine Reversiereinrichtung und/oder eine Folienwickelstation aufweisen kann. Auch wurde bereits erwähnt, dass die Kalibriereinheit bevorzugt horizontal angeordnet ist und dass die Blasfolienanlage bevorzugt als Double-Bubble-Anlage ausgebildet ist.
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Generell kann die Hülse eine Metallhülse sein, also Metall aufweisen oder Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter teilweiser Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Dort zeigen
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1 stark schematisch das Layout einer Blasfolienanlage in seitlicher Ansicht,
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2 ein Schema einer Sprühkühlung und
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3 in analoger Darstellung zu 1 eine alternative Anlagenkonfiguration.
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Die Blasfolienanlage (1) in 1 besteht in Durchlaufrichtung des Kunststoffs zunächst aus drei Extrudern (2) (exemplarisch beziffert), die über Zuleitungen (3) (exemplarisch beziffert) mit einem Blaskopf (4) verbunden sind. Durch den Blaskopf führen drei Wendel zu einem Ringspalt für eine dreilagige Folie (Inneres des Blaskopfes (4) nicht dargestellt) und zu einer Ringdüse (5). An die Ringdüse (5) schließt sich eine Vakuumkalibriereinheit (6) an, die im Wesentlichen aus einer Halterung (7) mit zwei darin befindlichen Vakuumkalibereinheiten (8, 9) besteht. Anschließend an eine darauf folgende Strecke ist ein Haltewerk (10) mit einer Umlenkung (11) und einem Temperbad (12) sowie einer Weiterführung (13) zu einer zweiten Aufblasstrecke (14) vorgesehen, welche sich im Wesentlichen zunächst aus einer Infrarotheizung (15) bis zu einem höhenverstellbaren Abzug (16) erstreckt.
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Im Betrieb der Blasfolienanlage (1) homogenisieren die Extruder (2) zugeführtes Kunststoffgranulat und pumpen dieses schmelzeförmig durch die Zuleitungen (3) und durch den Blaskopf (4), so dass an der Ringdüse (5) ein Folienschlauch (17) austritt. Dieser wird in kontinuierlicher Herstellweise produziert und bewegt sich entlang einer Extrusionsrichtung (18), welche koaxial mit einer Längsachse (nicht dargestellt) des Blaskopfes (4) liegt. Der Folienschlauch (17) tritt am Ende der ersten Aufblasstrecke (19) in das Haltewerk (10) ein und wird dazu in einer ersten Flachlegung (20) (nur anhand des Folienverlaufs dargestellt) flach gelegt. In der flach gelegten Form tritt der Folienschlauch (17) im Haltewerk (10) dazu in ein Haltewerkwalzenpaar (21) ein. Dort umläuft der Folienschlauch (17) eine der Walzen und wird sowohl über die Klemmwirkung zwischen den beiden Walzen des Haltewalzenpaares (21), als auch wegen der Oberflächenreibung in der Umlenkung um die untere der beiden Walzen fest geführt, so dass sich der Folienschlauch (17) beim Eintritt in das Haltewerk (10) exakt mit der Geschwindigkeit des Haltewerkswalzenpaares (21) in Extrusionsrichtung (18) bewegen muss.
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In der Umlenkung (11) wird der Folienschlauch (17) sodann durch ein Temperbad (12) oder eine andere Temperaturvergleichmäßigung geführt, was die Folie abkühlen lässt.
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Jenseits der Weiterführung (13) wird die Folie von der Infrarotheizung (15) zunächst auf etwa 100°C bis 120°C in ihrer äußeren Oberfläche, also der bestrahlten Fläche, aufgeheizt und sodann durch einen Luftdruckinjektor (nicht dargestellt) in der zweiten Aufblasstrecke (14) zu einer zweiten Blase (22) aufgeblasen. Der Luftdruckinjektor bewirkt einen großen Überdruck im Inneren des Folienschlauchs (17), so dass sich eine starke Verstreckung in Querrichtung (23) zur dort lokalen Extrusionsrichtung (24) einstellt.
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Gleichzeitig zieht ein Abzugswalzenpaar (25) im Abzug (16) den Folienschlauch (17), konkret seine zweite Blase (22), in lokaler Extrusionsrichtung (24), und zwar mit einer höheren Transportgeschwindigkeit, als der Folienschlauch (17) beim Eintritt in die zweite Aufblasstrecke (14) hat, also schneller als der Geschwindigkeit des Haltewerks (10) und der Extrusionsgeschwindigkeit in der ersten Aufblasstrecke (19), was zusätzlich zu einer Längsverstreckung führt. Beim Durchlauf durch den Abzug (16) ist der von einer zweiten Flachlegung (26) flach gelegte Blasfolienschlauch (17) daher biaxial verstreckt und kann deshalb die für eine Blasfolie typischen hochstabilen Eigenschaften innehaben.
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Besonderes Augenmerk verdient die Vakuumkalibrierstation (6):
Der Blasfolienschlauch (17), konkret seine erste Blase (27), wird dort durch zwei axial, also in Extrusionsrichtung (18) und somit horizontal als Modul aneinandergesetzte Vakuumkalibriereinheiten (8, 9) geführt. Dabei wird der Folienschlauch (17) einer Kalibrierung seines Durchmessers und somit seines Umfangs sowie einer Wasserkühlung unterzogen.
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Die Vakuumkalibrierstation kann beispielsweise prinzipiell so aufgebaut sein: Zwei oder mehr Vakuumkalibriereinheiten können als Module vorgesehen sein.
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Zwei identische Module können so aneinander gesetzt werden, dass sich in einem Inneren der Hülsen eine fortlaufende zylindrische Führung für eine dort hindurchgeführte schlauchförmige Blasfolie ergibt.
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Zu seiner Vorder- und Rückseite hin kann das Vakuumkalibriereinheits-Modul ebenfalls abgedichtet sein, so dass in seinem Inneren eine Vakuumkammer gebildet wird.
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Im Betrieb der Blasfolienanlage tritt aus den Sprühdüsen jeweils ein Sprühkegel mit in die Sprühkühlungsanschlüsse gespeistem Kühlwasser aus. Wenn im Betrieb der Blasfolienanlage ein Folienschlauch durch die Hülse hindurchgeführt wird, sorgt infolge einer Absaugung von Luft durch die Vakuumanschlüsse entstehendes Vakuum in der Vakuumkammer dafür, dass durch das Lochmuster hindurch der Folienschlauch nach außen an das Innere der Hülse gesaugt wird. Dort anliegend gleitet der Folienschlauch in Extrusionsrichtung durch die Hülse hindurch.
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Die Prinzipskizze (54) der Sprühkühlung (vgl. 2) verdeutlicht einen möglichen Ablauf:
Während der Extrusion wird ein Folienschlauch (55) in einer Extrusionsrichtung (56) aus einem Blaskopf (57) extrudiert und durch eine Hülse (58) geführt.
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Die Hülse (58) liegt luftdicht abgeschlossen in einem Mantel (59), so dass zwischen der Hülse (58) und dem Mantel (59) ein ringförmiger Vakuumtank (60) ausgebildet ist.
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Sprühdüsen (61, 62, 63) sprühen Kühlwasser in Sprühkegeln (64, 65, 66) von außen auf die Hülse (58), wobei das Kühlwasser zum Teil flächig außen auf die Hülse (58) trifft, zum Teil aber durch dortige Öffnungen (nicht dargestellt) hindurch auf den Folienschlauch (55).
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Das Wasser tauscht sich in den Öffnungen regelmäßig aus und läuft um die Hülse herum nach unten und wird dort abgeführt oder tropft von selbst ab und wird unten von einer Wasserabsaugung (67) abgesaugt. Das Wasser wird in einem Filter (68) gefiltert und von einer Pumpe (69), beispielsweise einer Radialradpumpe, in einem Wasserkreislauf (70) durch einen Wärmetauscher (71) gekühlt und kann dadurch erneut den Sprühdüsen (61, 62, 63) in einem Kreislauf zugeführt werden.
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Die im Wärmetauscher (71) entzogene Wärmeenergie wird einem Temperiergerät (72) zugeführt.
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Gleichzeitig ist eine Vakuumpumpe (73), vor allem eine Flüssigkeitsringvakuumpumpe, an die oberen Anschlüsse (74) angeschlossen und führt über eine Absaugleitung (75) zum Vakuumtank (60). Im Betrieb der Vakuumpumpe (73) entsteht deshalb der Unterdruck im Vakuumtank (60), der den Folienschlauch (55) nach außen und somit an das Innere der Hülse (58) saugt.
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Eine Betriebswasserzuführung (76) führt durch einen Betriebswasserfilter (77) in das geschlossene Kreislaufsystem hinein.
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Die modifizierte Blasfolienanlage (80) in 3 besteht im Wesentlichen ebenfalls aus einer Mehrzahl Extruder, Zuführungen zu einem Blaskopf und einem Blaskopf mit einer Ringdüse, aus welcher ein Folienschlauch (81) austritt und in einer ersten Blase (82) und einer zweiten Blase (83) geführt, kalibriert, dabei gekühlt, dann flach gelegt, dann in einem Haltewerk (84) von der Horizontalen mit einer Rückführung (85) zur Vertikalen umgelenkt, dort von einer Infrarotheizung (86) aufgeheizt, dann zur zweiten Blase (83) aufgeblasen und anschließend wieder flach gelegt und abgezogen wird.
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Die zweite Blase (83) entsteht durch Aufblasen zwischen Führungsrollen (87) und einem Abzug (88), wobei das entstehende Blasfolienprofil nach der Frostlinie (89) oder jedenfalls bei nicht mehr quantitativ veränderlichem Foliendickenprofil an der zweiten Blase (83) von Profilregelsensoren (90) erfasst wird, die daraus gewonnenen Messwerte werden zum Beeinflussen des Blaskopfes und/oder der Vakuumkalibrierstation (91) eingesetzt.
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An der ersten Blase (82) greift außerdem zwischen dem Blaskopf und der Vakuumkalibrierstation (91) ein Luftkühlring (92) an.
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Nach der Vakuumkalibrierstation (91) können eine nachgeschaltete Sprühkühlung oder eine andere Kühlung und eine Vakuumtrocknung (93) vorgesehen sein.
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Die vorgestellten Anlagenkonzepte ermöglichen es bei dazu gewünschter Konfiguration, nur eine sehr geringe Kristallisation in der extrudierten und dann aufgeblasenen Folie zuzulassen. Dies kann für das Verstrecken der Folie von Vorteil sein.
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Die vorgeschlagene Erfindung ermöglicht es, eine Kalibriereinheit zum Kühlen des Folienschlauchs zu verwenden.
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Nach einem weiteren Aspekt löst die Erfindung die Implementierung einer solchen kombinierten Kalibrierung-Kühlung im Double-Bubble-Verfahren.
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Bei ausgewählten Prototypen-Versuchen wurde ein Durchsatz von mehr als 500 kg/Std. erreicht, wobei der Dartdrop größer als 600 g lag, bei einer Foliendicke unter 100 μm.
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Mit anderen Worten besteht die Erfindung nach einem weiteren Aspekt aus einem mit Vakuum beaufschlagten und mit einer Sprühkühlung versehenen zylindrischen Rohr, durch welches der waagrecht extrudierte Folienschlauch hindurchgeführt wird. Dabei wird die Folienblase durch die über den Umfang wirkende Kraft, die aus dem Vakuum resultiert, gegen das zylindrische Rohr gezogen und stabilisiert. Die Sprühkühlung sorgt für ein rasches Erstarren des Folienschlauchs, so dass die durch die Vakuumkalibriereinheit vorgegebenen Dimensionen fixiert werden. Durch die erhöhte Kühlwirkung des Mediums Wasser erfolgt die Erstarrung unter Ausbildung einer regellos orientierten amorphen Struktur. Eine nachgeschaltete Sprühkühlung sorgt in Abhängigkeit des angestrebten Durchsatzes für eine weitere Kühlung des Folienschlauchs. Die darauf folgende Vakuumtrocknung sorgt dafür, dass die Schlauchoberfläche den Kaliber absolut oder zumindest möglichst trocken verlässt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Blasfolienanlage
- 2
- Extruder
- 3
- Zuleitung
- 4
- Blaskopf
- 5
- Ringdüse
- 6
- Vakuumkalibrierstation
- 7
- Halterung
- 8
- Vakuumkalibriereinheit
- 9
- Vakuumkalibriereinheit
- 10
- Haltewerk
- 11
- Umlenkung
- 12
- Temperbad
- 13
- Weiterführung
- 14
- Zweite Aufblasstrecke
- 15
- Infrarotheizung
- 16
- Abzug
- 17
- Folienschlauch
- 18
- Extrusionsrichtung
- 19
- Erste Aufblasstrecke
- 20
- Erste Flachlegung
- 21
- Haltewerkwalzenpaar
- 22
- Zweite Blase
- 23
- Querrichtung
- 24
- Lokale Extrusionsrichtung
- 25
- Abzugswalzenpaar
- 26
- Zweite Flachlegung
- 27
- Erste Blase
Hülse
- 54
- Prinzipskizze
- 55
- Folienschlauch
- 56
- Extrusionsrichtung
- 57
- Blaskopf
- 58
- Hülse
- 59
- Mantel
- 60
- Vakuumtank
- 61
- Sprühdüse
- 62
- Sprühdüse
- 63
- Sprühdüse
- 64
- Sprühkegel
- 65
- Sprühkegel
- 66
- Sprühkegel
- 67
- Wasserabsaugung
- 68
- Filter
- 69
- Pumpe
- 70
- Wasserkreislauf
- 71
- Wärmetauscher
- 72
- Temperiergerät
- 73
- Vakuumpumpe
- 74
- Obere Anschlüsse
- 75
- Absaugleitung
- 76
- Betriebswasserzuführung
- 77
- Betriebswasserfilter
- 80
- Modifizierte Blasfolienanlage
- 81
- Folienschlauch
- 82
- Erste Blase
- 83
- Zweite Blase
- 84
- Haltewerk
- 85
- Rückführung
- 86
- Infrarotheizung
- 87
- Führungsrollen
- 88
- Abzug
- 89
- Frostlinie
- 90
- Profilregelsensoren
- 91
- Vakuumkalibrierstation
- 92
- Luftkühlring
- 93
- Vakuumtrocknung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2626188 A1 [0008]
- DE 2005182 A [0009]
- WO 2011/058072 A2 [0010]
- DE 102007027280 A1 [0011]