DE102020131136A1

DE102020131136A1 - Verfahren zum inline-bestimmen von folieneigenschaften

Info

Publication number: DE102020131136A1
Application number: DE102020131136.2A
Authority: DE
Inventors: Christoph Lettowsky; Uwe Süßmann; Holger Schumacher; Christian Stelter
Original assignee: Reifenhaeuser GmbH and Co KG Maschinenenfabrik
Current assignee: Reifenhaeuser GmbH and Co KG Maschinenenfabrik
Priority date: 2019-11-25
Filing date: 2020-11-25
Publication date: 2021-05-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (100) zum Inline-Bestimmen einer lokalen Eigenschaft einer Folie (5, 8) in einer folienherstellenden Anlage (1) sowie eine entsprechende Anlage (1), auf der das Verfahren (100) durchgeführt wird, umfassend die Schritte des Ausübens (110) einer Kraft (K) auf die Folie (5, 8), um diese lokal zu verformen; des Bestimmens (120) einer Verformung (V) der Folie (5, 8) und/oder einer hierbei vorherrschend gegen die Verformung (V) wirkende Kraft (K') oder Bestimmen (120) der benötigten ausgeübten Kraft (K) zur Erzeugung einer vordefinierten Form der Verformung (V); und des Berechnens (130) der Eigenschaft aus der bestimmten Verformung (V) oder der bestimmten benötigten Kraft (K) oder gegen die Verformung (V) wirkenden Kraft (K').

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Inline-Bestimmen einer lokalen Eigenschaft einer Folie in einer folienherstellenden Anlage sowie eine entsprechende Anlage, auf der das Verfahren durchgeführt wird.
Blasfolienanlagen sind bekannt. Den Anlagen werden Kunststoffe in granulierter Form zugeführt, die dann in Extrudern unter hoher Druckeinwirkung zu einer viskosen Masse plastifiziert werden. Diese Masse wird in einem Blaskopf ausgebildet und entweicht dem Blaskopf durch eine Ringdüse oder Schlitzdüse. Ab dem Verlassen der Ringdüse oder Schlitzdüse bildet die Masse bereits eine Folienbahn als Schlauch oder Bahn. Die Folienbahn wird dann beispielsweise nach oben abgezogen. Bei Schlauchfolien am Beispiel einer Ringdüse wird dabei Druckluft in das Innere des Folienschlauchs eingebracht. Dies führt zu einem Querdehnen des Folienschlauchs. Durch ein aktives Kühlmittel für den aufsteigenden Folienschlauch wird in tolerierbarer Entfernung zur Ringdüse ein Abkühlen der Schmelze erreicht. Der Folienschlauch durchläuft auf seinem Weg nach oben einen Kalibrierkorb und anschließend eine Flachlegung, welche den Schlauch flachlegt. Die Flachlegeeinheit führt die Doppellagenfolienbahn einer Vorabquetschung zu. Dann folgt eine Abquetschung, in welcher aus dem Folienschlauch endgültig eine praktisch luftfüllungslose Doppellagenfolienbahn gebildet wird. Spätestens von dort an, eher sogar schon ab der Vorabquetschung, liegt eine Doppellagenfolienbahn vor. Letztendlich wird der flachgelegte Folienschlauch auf einem Wickler aufgewickelt. Um die Eigenschaften der Folie oder des Folienschlauchs zu untersuchen, können Proben aus der aufgewickelten Folien entnommen und getestet werden. Es wäre allerdings wünschenswert, diese Informationen frühzeitig im Herstellungsprozess zu bekommen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem Eigenschaften der Folie frühzeitig im Herstellungsprozess bestimmt werden können.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Inline-Bestimmen einer lokalen Eigenschaft einer Folie in einer folienherstellenden Anlage, umfassend die Schritte

- Ausüben einer Kraft auf die Folie, um diese lokal zu verformen;
- Bestimmen einer Verformung der Folie und/oder einer hierbei vorherrschend gegen die Verformung wirkende Kraft oder Bestimmen der benötigten ausgeübten Kraft zur Erzeugung einer vordefinierten Form der Verformung;
- Berechnen der Eigenschaft aus der bestimmten Verformung oder der bestimmten benötigten Kraft oder gegen die Verformung wirkenden Kraft.

Die Eigenschaften der Folie können beispielsweise die Elastizität der Folie, die Schichtdicke der Folie, das E-Modul der Folie oder andere Eigenschaften der Folie sein. Die Messungen können beispielsweise an unterschiedlichen Orten über die Breite der Folie oder den Umfang einer schlauchförmigen Folie durchgeführt werden. Die Kraft kann dabei berührungslos oder unter Berührung auf die Folie ausgeübt werden.
Die Verformung bezeichnet vorzugsweise eine reversible Verformung der Folie. Die Form der Verformung hängt von der Größe der ausgeübten Kraft der Geometrie des Ausübungsmittels der Kraft sowie den Folieneigenschaften ab. Da die Bedingungen der Kraftausübung durch das Messverfahren festgelegt sind, ergeben sich die Eigenschaften der Folie aus der gemessen (bestimmten) Verformung und/oder ihrer Gegenkraft (gegen die Verformung wirkenden Kraft). Die Verformung ist dabei eine Auslenkung der Folie aus ihrem vorherigen Zustand ohne die ausgeübte Kraft. Hierbei kann entweder mit einer bekannten Kraft eine Verformung erzeugt werden, die je nach den Folieneigenschaften eine unterschiedliche Form hat, woraus die Folieneigenschaften folgen oder es kann eine definierte Verformung erzeugt werden, für deren Erzeugung je nach den Folieneigenschaften unterschiedliche Kräfte benötigt werden. Woraus die Folieneigenschaften folgen.
Die Folie wird aus einer Kunststoffschmelze hergestellt. Die „Kunststoffschmelze“ bezeichnet dabei die viskose Masse, die den Extruder nach erfolgter Plastifizierung der Eingangsmaterialien verlässt. Aus der Kunststoffschmelze wird im Blaskopf der Folienschlauch erzeugt. Die Kunststoffschmelze kann dabei unterschiedliche Zusammensetzungen abhängig von den Ausgangsmaterialien haben, die in der Regel dem Extruder in granulierter Form aus einer Dosieranlage zugeführt werden.
Die „Folienbahn“ ist dabei eine schlauchförmige Folienbahn, wobei der mittels Blaskopf erzeugte zylinderförmige Folienschlauch nach Flachlegung zur doppelseitigen Folienbahn ein oder beidseitig aufgetrennt wird oder schlauchförmig belassen wird. Die Folienbahn kann einschichtig oder mehrschichtig sein. Sowohl Folienbahn als auch Folienschlauch werden hier als Folie bezeichnet.
Der „Extruder“ bezeichnet die Komponente, in der Kunststoffe in granulierter Form zugeführt und unter hoher Druckeinwirkung zu einer viskosen Masse, die Kunststoffschmelze, plastifiziert werden. Dazu werden die granulierten Materialien mittels einer Schnecke unter Ausnutzung von Reibungs- und Scherkräften geschmolzen und entlang der Schnecke zum Ausgang des Extruders transportiert.
Die „Maschinenrichtung“ ist der designierte Weg der Folienbahn, beginnend von der Extrusion an der Düse bis zum Wickler. Die Maschinenrichtung variiert deshalb, denn sie verläuft um eine Mehrzahl an Walzen und gegebenenfalls auch Wendestangen herum.
Mit dem erfindungsgemäße Verfahren kann man Eigenschaften der Folie frühzeitig im Herstellungsprozess bestimmen. In einer Ausführungsform wird das Verfahren auf einer Blasfolienanlage durchgeführt.
In einer Ausführungsform wird die Kraft orthogonal zur Folie ausgeübt. Dadurch lassen sich u.a. mit geringen Kräften merkliche Verformungen bestimmen.
In einer weiteren Ausführungsform wird zum Ausüben der Kraft zumindest ein Element der Gruppe pneumatischer Stempel, hydraulischer Stempel, motorischer Stempel, Druckluft, Ansaugen von Luft bzw. Unterdruck oder elektrostatische Mittel verwendet.
In einer weiteren Ausführungsform wird die Kraft punktförmig auf die Folie ausgeübt. Damit wird die Verformung nicht durch die geometrische Ausgestaltung des Ausübungsmittels der Kraft mit beeinflusst.
In einer weiteren Ausführungsform wird die Kraft berührungslos auf die Folie ausgeübt. Dadurch lassen sich mechanische Belastungen oder Beschädigungen der Folie beim Bestimmen der Eigenschaften vermieden.
In einer weiteren Ausführungsform wird die Kraft auf die Folie als flachgelegte Einzelbahn, Doppelbahn oder als Folienschlauch ausgeübt. Das erfindungsgemäße Verfahren kann an verschiedenen Positionen entlang des Herstellungsprozesses angewendet werden. Hierdurch lassen sich möglicherweise Veränderungen der Eigenschaften der Folie entlang des Herstellungsprozesses feststellen.
In einer weiteren Ausführungsform wird beim Schritt des Bestimmens ein Profil der Verformung über die Breite der Verformung gemessen. Zusätzlich zu einer Tiefe der Verformung kann man über die Geometrie der Verformung zusätzliche Aussagen über die Eigenschaften der Folie berechnen. In einer weiteren Ausführungsform wird dazu beim Bestimmen die Tiefe und/oder die Geometrie der Verformung der Folie gemessen und daraus die Eigenschaft der Folie berechnet.
In einer weiteren Ausführungsform werden die Schritte des Ausübens und Bestimmens an verschiedenen Positionen der Folie, vorzugsweise simultan, mittels entsprechender Messmittel durchgeführt.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine folienherstellende Anlage, vorzugsweise eine Blasfolienanlage, ausgestattet zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Inline-Bestimmen einer lokalen Eigenschaft einer Folie umfassend mindestens ein Kraftausübungsmittel zum Ausüben einer Kraft auf die Folie, mindestens ein Bestimmungsmittel zur Bestimmung einer Verformung der Folie und/oder einer hierbei vorherrschend gegen die Verformung wirkende Kraft oder der benötigten ausgeübten Kraft zur Erzeugung einer vordefinierten Form der Verformung und eine Auswerteeinheit datenverbunden zumindest mit dem Bestimmungsmittel zum Berechnen einer Eigenschaft aus der bestimmten Verformung oder der bestimmten benötigten Kraft oder gegen die Verformung wirkenden Kraft. Die Auswerteeinheit kann dazu einen Prozessor, auf dem der oder die Algorithmen zur Berechnung der Eigenschaften ausgeführt werden, und ein Speichermedium zur Speicherung der Messdaten und berechneten Eigenschaften umfassen.
Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass im Rahmen der hier vorliegenden Patentanmeldung unbestimmte Artikel und Zahlenangaben wie „ein“, „zwei“ usw. im Regelfall als „mindestens“-Angaben zu verstehen sein sollen, also als „mindestens ein...“, „mindestens zwei...“ usw., sofern sich nicht aus dem jeweiligen Kontext ausdrücklich ergibt oder es für den Fachmann offensichtlich oder technisch zwingend ist, dass dort nur „genau ein...“, „genau zwei...“ usw. gemeint sein können.
Die voranstehend aufgelisteten Ausführungsformen können einzeln oder in beliebiger Kombination zueinander zur Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Dort zeigt

1: einer Ausführungsform einer Blasfolienanlage zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
2 Verformung in einer Folie aufgrund der gemäß den erfindungsgemäßen Verfahren ausgeübten Kraft; und
3: eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.

1 zeigt eine erfindungsgemäße Blasfolienanlage 1, mit der das erfindungsgemäße Verfahrens ausgeführt werden kann, umfassend in diesem Ausführungsbeispiel fünf Extruder 2 mit jeweils einer zugeordneten Dosierstation 2a, welche einen Blaskopf 3 mit Kunststoffschmelze (Schmelzestrom) speisen, welche in den Extrudern 2 aus Kunststoffgranulat erhalten von der jeweiligen Dosierstation 2a erzeugt worden ist. Der Extruder 2 liefert die Kunststoffschmelze mit einem einstellbaren Durchsatz an den Blaskopf 3. Der Blaskopf 3 bläst in einer Extrusionsrichtung 4, hier vertikal nach oben, aus einer Ringschlitzdüse einen Folienschlauch 5 aus. Nach einer Flachlegung 6 durchläuft der Folienschlauch 5 ein Abzugswalzenpaar 7 (nicht im Einzelnen dargestellt). Über die Rotationsfrequenz des Abzugswalzenpaars 7 kann die Abzugsgeschwindigkeit des Folienschlauchs 5 eingestellt werden. Anschließend läuft der Folienschlauch 5 als flachgelegte endlose Folienbahn 8 zwei lagig in Maschinenrichtung 9 durch die restliche Blasfolienanlage 1 bis zu einem Wickler 10. Auf dem Weg vom Abzug, definiert durch das Abzugswalzenpaar 7, zum Wickler 10 durchläuft die Folienbahn 8 zunächst eine Längsdehneinrichtung 11 (nicht im Einzelnen gezeigt). Darüber durchläuft die Folienbahn 8 eine Reversierung 12, anschließend eine Abwärtsstrecke 13 in Richtung zum Wickler 10. Die Blasfolienanlage 1 ist dabei zum Inline-Bestimmen einer lokalen Eigenschaft einer Folie 5, 8 ausgestattet, indem sie hier zwei ein Kraftausübungsmittel 14 zum Ausüben jeweils einer Kraft auf die Folie 5, 8 an zwei unterschiedlichen Positionen (am Folienschlauch oberhalb des Kalibrierkorbes und an der Abwärtsstrecke für die flachgelegte Folienbahn) und zwei Bestimmungsmittel (1) zur Bestimmung einer jeweiligen Verformung V der Folie 5, 8 und/oder einer hierbei vorherrschend gegen die Verformung V wirkende Kraft K' oder der benötigten ausgeübten Kraft K zur Erzeugung einer vordefinierten Form der Verformung V und jeweilige Auswerteeinheiten 16 datenverbunden zumindest mit den jeweiligen Bestimmungsmittel 15 zum Berechnen 130 einer Eigenschaft aus der bestimmten Verformung V oder der bestimmten benötigten Kraft K oder gegen die Verformung V wirkenden Kraft K'. Die beiden Auswerteeinheiten 16 können auch durch eine gemeinsame Auswerteeinheit 16 ersetzt werden. Das Kraftausübungsmittel 14 kann dabei ein pneumatischer Stempel, ein hydraulischer Stempel, ein motorischer Stempel, Druckluft, das Ansaugen von Luft bzw. Unterdruck oder ein elektrostatisches Mittel sein.
2 zeigt eine Verformung V in einer Folie 5, 8 aufgrund der gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgeübten Kraft K, die hierbei orthogonal zur Folie 5, 8 und punktförmig ausgeübt wird. Hierbei kann die Kraft mittels Berührung (beispielsweise mittels Stempel) oder berührungslos (beispielsweise mittels Druckluft, Ansaugen Unterdruck oder elektrostatisch) auf die Folie 5, 8 ausgeübt werden. Hierbei können beim Schritt des Bestimmens 120 ein Profil der Verformung V über die Breite der Verformung V gemessen werden.
3 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens 100 zum Inline-Bestimmen einer lokalen Eigenschaft einer Folie 5, 8 in einer folienherstellenden Anlage 1, umfassend die Schritte des Ausübens 110 einer Kraft K auf die Folie 5, 8, um diese lokal zu verformen; des Bestimmens 120 einer Verformung V der Folie 5, 8 und/oder einer hierbei vorherrschend gegen die Verformung V wirkende Kraft K' oder der benötigten ausgeübten Kraft K zur Erzeugung einer vordefinierten Form der Verformung V; und des Berechnens 130 der Eigenschaft aus der bestimmten Verformung V oder der bestimmten benötigten Kraft K oder gegen die Verformung V wirkenden Kraft K'. Beim Bestimmen 120 kann die Tiefe und/oder die Geometrie der Verformung V der Folie 5, 8 gemessen und daraus die Eigenschaft der Folie 5, 8 berechnet werden. Die Schritte des Ausübens 110 und Bestimmens 120 können an verschiedenen Positionen der Folie 5, 8, vorzugsweise simultan, mittels entsprechender Messmittel durchgeführt werden.
Die hier gezeigten Ausführungsformen stellen nur Beispiele für die vorliegende Erfindung dar und dürfen daher nicht einschränkend verstanden werden. Alternative durch den Fachmann in Erwägung gezogene Ausführungsformen sind gleichermaßen vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung umfasst.
Bezugszeichenliste

1: folienherstellende Anlage, beispielsweise eine Blasfolienanlage
2: Extruder
2a: Dosieranlage
3: Blaskopf
4: Extrusionsrichtung
5: Folien, Folienschlauch
6: Flachlegung
7: Abzugswalzenpaar
8: Folie, Folienbahn
9: Maschinenrichtung
10: Wickler
11: Längsdehneinrichtung
12: Reversierung
13: Abwärtsstrecke
14: Kraftausübungsmittel
15: Bestimmungsmittel
16: Auswerteeinheit
100: Erfindungsgemäßes Verfahren
110: Ausüben einer Kraft auf die Folie
120: Bestimmen einer Verformung der Folie und/oder einer hierbei vorherrschend gegen die Verformung wirkende Kraft
130: Berechnen der Eigenschaft aus der bestimmten Verformung oder gegen die Verformung wirkenden Kraft
K: auf die Folie ausgeübte Kraft
K': gegen die Verformung wirkende Kraft
V: Verformung der Folie

Claims

Ein Verfahren (100) zum Inline-Bestimmen einer lokalen Eigenschaft einer Folie (5, 8) in einer folienherstellenden Anlage (1), umfassend die Schritte - Ausüben (110) einer Kraft (K) auf die Folie (5, 8), um diese lokal zu verformen; - Bestimmen (120) einer Verformung (V) der Folie (5, 8) und/oder einer hierbei vorherrschend gegen die Verformung (V) wirkende Kraft (K') oder Bestimmen (120) der benötigten ausgeübten Kraft (K) zur Erzeugung einer vordefinierten Form der Verformung (V); und - Berechnen (130) der Eigenschaft aus der bestimmten Verformung (V) oder der bestimmten benötigten Kraft (K) oder gegen die Verformung (V) wirkenden Kraft (K').
Das Verfahren (100) nach Anspruch 1, wobei die Kraft (K) orthogonal zur Folie (5, 8) ausgeübt wird.
Das Verfahren (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei zum Ausüben (110) der Kraft zumindest ein Element der Gruppe pneumatischer Stempel, hydraulischer Stempel, motorischer Stempel, Druckluft, Ansaugen von Luft bzw. Unterdruck oder elektrostatische Mittel verwendet wird.
Das Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Kraft (K) punktförmig auf die Folie (5, 8) ausgeübt wird.
Das Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Kraft (K) berührungslos auf die Folie (5, 8) ausgeübt wird.
Das Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Kraft (K) auf die Folie (5, 8) als flachgelegte Einzelbahn (8), Doppelbahn (8) oder als Folienschlauch (5) ausgeübt wird.
Das Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei beim Schritt des Bestimmens (120) ein Profil der Verformung (V) über die Breite der Verformung (V) gemessen wird.
Das Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei beim Bestimmen (120) die Tiefe und/oder die Geometrie der Verformung (V) der Folie (5, 8) gemessen und daraus die Eigenschaft der Folie (5, 8) berechnet wird.
Das Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Schritte des Ausübens (110) und Bestimmens (120) an verschiedenen Positionen der Folie (5, 8), vorzugsweise simultan, mittels entsprechender Messmittel durchgeführt werden.
Eine folienherstellende Anlage (1), vorzugsweise eine Blasfolienanlage (1), ausgestattet zur Ausführung eines Verfahrens zum Inline-Bestimmen einer lokalen Eigenschaft einer Folie nach einem der voranstehenden Ansprüche umfassend mindestens ein Kraftausübungsmittel (14) zum Ausüben einer Kraft auf die Folie (5, 8), mindestens ein Bestimmungsmittel (15) zur Bestimmung einer Verformung (V) der Folie (5, 8) und/oder einer hierbei vorherrschend gegen die Verformung (V) wirkende Kraft (K') oder der benötigten ausgeübten Kraft (K) zur Erzeugung einer vordefinierten Form der Verformung (V) und eine Auswerteeinheit datenverbunden zumindest mit dem Bestimmungsmittel (15) zum Berechnen (130) einer Eigenschaft aus der bestimmten Verformung (V) oder der bestimmten benötigten Kraft (K) oder gegen die Verformung (V) wirkenden Kraft (K').