DE2457250B2

DE2457250B2 - Vorrichtung zum abziehen und kuehlen einer extrudierten thermoplastischen kunststoffolie

Info

Publication number: DE2457250B2
Application number: DE19742457250
Authority: DE
Inventors: Herbert; Burggraf Klaus; 5210Troisdorf Rahlfs
Original assignee: Reifenhäuser KG, 5210Troisdorf
Priority date: 1974-12-04
Filing date: 1974-12-04
Publication date: 1977-08-18
Also published as: BR7507979A; DE2457250A1

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abziehen und Kühlen einer extrudierten thermoplastischen Kunststoffolie, mit einem unter der Extrusionsschlitzdüse angeordneten Kühlschacht und einer mit der Anlauftangente mittig unter dem Kühlschacht angeordneten Umlenkwalze, wobei der Kühlschacht der Breite der Kunststoffolie angepaßt, in einem Kühlwasserbad angeordnet und mit im Querschnitt trichterförmigen Einlaufen versehen ist, über die Kühlwasser in den Kühlschacht einläuft.

Bekannt ist eine Vorrichtung zum Kühlen von Schlauchfolien (DT-OS 17 78 538). Die Schlauchfolie wird in der Vorrichtung flachgelegt, wobei jedoch zwischen den flachgelegten Schlauchfolienwänden ein Abstand verbleibt. Der Kühlschacht besitzt perforierte Wände, hinter denen sich Absaugkästen befinden. Infolgedessen wird auf die Seitenwände der flachgelegten Schlauchfolie ein Unterdruck ausgeübt, wodurch die Schlauchfolienwände an den Gitterflächen oder Siebflächen gehatten werden, so daß unerwünschte Flattererscheinungen nicht auftreten. Die Kühlflüssigkeit soll dabei ein Schmiermittel bilden, so daß die Oberfläche der Schlauchfolie an den Gitterflächen nicht beschädigt wird. Würde man den in die Vorrichtung eintretenden Schlauch durch eine Flachfolie ersetzen, so würde sich dieser Schlauch möglicherweise an die eine oder die andere Gitterfläche oder Siebfläche anlegen. Dabei wäre er auf seinen beiden Seiten sehr unterschiedlichen Kühlverhältnissen ausr setzt. Eine brauchbare Kühlung tritt nicht ein.

Ferner ist es bekannt, einen oder mehrere Kunststoffstränge, z. B. Monofilstränge, aus einer entsprechenden Anzahl von Austrittsdüsen abzuziehen und diese Stränge gleichzeitig mit Wasser zu kühlen (DT-AS 2145 706, DT-AS 15 42 405). In Abzugsrichtung der Kunststoffstränge ist eine Ringschlitzdüsenanordnung vorgesehen, aus der Kühlwasser als Druckstrom austritt. Das mag funktionieren, wenn man nur einen Kunststoffstrang erzeugt und durch die Vorrichtung führt, verliert aber seinen Sinn, wenn der Strang durch eine Kunststoffolie ersetzt wird. Die Kunststoffolie beginnt nämlich zu flattern, was auf Turbulenzen in der Strömung des Kühlwassers und instabile Strömungsverhältnisse im Kühlschacht zurückgeführt wird. Diese Verhältnisse treten auch ein, wenn die Schlitzdüsen fehlen oder nicht in Beirieb sind.

Kunststoffolien bezeichnet im Rahmen der Erfindung durch Schlitzdüsen extrudierte Folien, deren Dicke so gering ist, daß die Folie eine eigene Biegesteifigkeit praktisch nicht aufweist, sowie darüber hinaus auch Gegenstände mittels einer Dicke von bis zu einem oder sogar mehreren Millimetern, die auch schon als Platten angesprochen werden können. Derartige Kunststoffolien werden nach der Extrusion mit Hilfe besonderer Walzensysteme kalibriert. Das gelingt nicht bei allen Kunststoffen und nicht für alle Foliendicken sowie nicht für alle Extrusionsgeschwindigkeiten. Bis heute fehlt eine Vorrichtung, die es erlaubt, aus beliebigen thermoplastischen Kunststoffen kalibrierte Folien weitgehend beliebiger Dicke herzustellen, die in bezug auf die Kalibrierung allen Anforderungen genügen, und zwar auch dann, wenn die Kunststoffolien mit hoher Extrusionsgeschwindigkeit über eine Schlitzdüse extrudiert werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Vorrichtung der eingangs beschriebenen Gattung so weiter auszubilden, daß die Kühlung einer aus einer Schlitzdüse austretenden Flachfolie möglich ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Tiefe des Kühlschachtes und der Abstand der Schachtwände sowie die Kühlwasserzuführung aufeinander abgestimmt sind, und daß in dem trichterförmigen Kühlschachteinlauf ein Kühlwasserkeil und im Kühlschacht beidseits der Flachfolien eine laminar strömende Kühlwasserschicht ausgebildet ist. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung soll der Abstand der Schachtwände sowie die Kühlwasserzuführung und die Abzugsgeschwindigkeit einstellbar sein.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann der trichterförmige Kühlschachteinlauf zwischen nebeneinander achsparallel angeordneten, rotierenden Walzen gebildet sein, die gleichzeitig die Überläufe für das Kühlwasser bilden und mit entsprechenden Kühlwasserzuführungsdüsen und/oder mit einem Wasserkasten umgeben sind. Im Rahmen der Erfindung liegt es, die Schachtwände des Kühlschachtes zusätzlich zur Kühlwasserzuführung einzurichten.

Die Erfindung geht von der überraschenden Tatsache aus, daß mit Hilfe einer Vorrichtung des beschriebenen Aufbaus eine Flachfolie kalibriert hinter einer Schlitzdüse abgezogen werden kann, wenn mit einem Wasserkeil gearbeitet wird und wenn eine im wesentlichen laminare Kühlwasserströmung im Kühlschacht aufrechterhalten wird. Wann die Strömungsverhältnisse in einem schachtförmigen Strömungskanal, in dem Wasser unter

dem Einfluß der Schwerkraft strömt und außerdem von der zu kühlenden Folie mitgeschleppt wird, laminar sind, ist bekannt und der Berechnung bzw. dem Experiment zugänglich. Dabei gehen ein die Druckdifferenz zv. ischen Einlauf und Auslauf sowie die Oberflächenrauhigkeiten einerseits der Kühlschachtwände und andererseits der Folie. Außerdem geht die Viskosität des Kühlwassers ein. Im Ergebnis findet man eine der klassischen reynoldschen Zahl ähnliche Zahl, die angibt, welcher Grenzwert nicht überschritten werden darf, damit die Strömung laminar bleibt. Dabei beeinflußt die Kunststoffolie selbst die reynoldsche Zahl der Strömung des Kühlwassers im Kühlschacht, weil sie den Kühlschacht in zwei Strömungskanäle unterteilt, in denen jeweils laminare Strömung aufrechtzuerhalten 'S ist.

Dann wird die Folie durch die laminare Strömung so stabilisiert, daß Flatterbewegungen nicht eintreten. Das ist insbes. deshalb überraschend, weil die Flachfolie bei Eintritt in den Kühlschacht sich noch in einem quasi flüssigen Zustand befindet und angreifenden Kräften kaum Widerstand entgegensetzt. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Folie in diesem Bereich jedoch keinen Kräften aus dem Kühlwasser ausgesetzt. Sie ist gleichsam ein Strömungsfaden oder eine Strömungsschicht, die der laminaren Strömung des Kühlwassers folgt. Infolgedessen gelingt auch die angestrebte Kühlung, und zwar auch dann, wenn die Schachtwände perforiert sind und über die Schachtwände Kühlwasser zugeführt wird.

Die Betriebsparameter der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich den unterschiedlichsten Kunststoffen, den unterschiedlichsten Foliendicken und den unterschiedlichsten Extrusionsgeschwindigkeiten anpassen. Zum Beispiel gelingt es ohne Schwierigkeiten, sehr breite Flachfolien aus Polypropylen mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu kalibrieren, und zwar in Stärken größer als 50 μηι bei Extrusionsgeschwindigkeiten von größer als 10 m pro Minute.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigt in schematischer Darstellung

F i g. 1 einen Vertikalschnitt durch eine Vorrichtung zum Kalibrieren einer Flachfolie,

Fig.2 einen Schnitt in Richtung A-A durch den Gegenstand nach F i g. 1,

F i g. 3 eine andere Ausführungsform des Gegenstandes der F i g. 1 und

F i g. 4 eine weitere Ausführungsform des Gegenstandes der F ig. 1.

Die in den F i g. 1 bis 4 dargestellten Vorrichtungen dienen zum Abziehen und Kühlen einer Kunststoffolie 1.

Die Vorrichtung besteht in ihrem grundsäztlichen Aufbau aus der Austrittsdüse 2 für die Kunststoffolie SS und einer nachgeschalteten Kühleinrichtung 3 mit einem Kühlschacht 4 aus vertikalen Schachtwänden S. Die Kunststoffolie wird durch den Kühlschacht 4 geführt, das Kühlwasser 6 tritt über Überläufe 7 in den Kühlschacht 4 ein. Aus einer vergleichenden Betrachtung der F i g. 1 und 2 entnimmt man, daß die Austrittsdüse 2 als Schlitzdüse für die Extrusion einer Kunststoffolie 1 ausgelegt ist, sie ist an eine Kunststoff-Schneckenstrangpresse 8 angeschlossen. Der Kühlschacht 4 ist in bezug auf die Kühlschachtbreite B der SchlitzdUsenbreite angepaßt. Das hat zur Folge, daß die Kunststoffolie 1 den Kühlschacht 4 praktisch in zwei Kanäle 9. 10 aufteilt. Die Tiefe T des Kühlschachtes 4 und der Abstand A der Schachtwände 5 sowie die Kühlwasserzuführung 11 sind so eingerichtet, daß sich in einem trichterförmigen Kühlschachteinlauf 12 ein Kühlwasserkeil 13 und im Kühlschacht 4 eine im wesentlichen laminare Kühlwasserschicht 14 ausbilden. Diese laminare Kühlwasserschichl 14 ist in der F i g. 1 durch Pfeile angedeutet. Man erkennt fernerhin, daß sich unterhalb des Kühlschachtes 4 zwar eine Auffangwanne 15 für das Kühlwasser 6 befindet, aus dieser läuft das Kühlwasser 6 jedoch ohne weiteres ab, so daß die Kunststoffolie 1 nach Passieren des Kühlschachtes 4 nicht mehr durch Kühlwasser 6 geführt ist und das Kühlwasser 6 von der Kunststoffolie ablaufen kann. Es befindet sich unterhalb des Kühlschachtes 4 eine Umlenkwalze 16 für die abzuziehende Kunststoffolie, deren Anlauftangente 17 im Bereich der Mitte des Abstandes A der Schachtwände 5 liegt. Die Schlitzdüse 2 für die Extrusion der Kunststoffolie 1 befindet sich in einem Abstand 18 über dem Kühlwasserkeil 13 bzw. dem trichterförmigen Kühlschachteinlauf 12, der groß ist in bezug auf die Dicke D der Kunststoffolie 1. Damit hat die Kunststoffolie 1 an Luft bereits eine gewisse Oberflächenabkühlung erfahren, ehe sie — immer noch im quasi flüssigen Zustand — in den Kühlwasserkeil 13 eintritt. — Nur durch Pfeile angedeutet ist, daß der Abstand A der Schachtwände 5 sowie die Kühlwasser-Zuführung 11 und die Abzugsgeschwindigkeit einstellbar sind, um die Vorrichtung unterschiedlichen Betriebsverhältnissen anzupassen.

Der trichterförmige Kühlschachteinlauf 12 ist bei der Ausführungsform nach den F i g. 1 bis 3 praktisch durch die Überlaufwände 19 eines Wasserkastens 20 gebildet. Man kann aber auch die Ausführungsform verwirklichen, die in der Fig.4 dargestellt ist. Hier ist der trichterförmige Kühlschachteinlauf 12 gleichsam als Zwickel zwischen zwei nebeneinander achsparallel angeordneten, rotierenden Walzen 21 gebildet, die gleichzeitig den Überlauf 7 für das Kühlwasser 6 bilden und dazu mit entsprechenden Kühlwasserzuführungsdüsen 22 und/oder einem umgebenden Wasserkasten 20 versehen sind. Jedenfalls beeinflußt die Tatsache, daß das Kühlwasser 6 über einen Überlauf 7 in den trichterförmigen Kühlschachteinlauf 12 eintritt, die Anfangsbedingungen der Strömung des Kühlwassers 6 im Kühlschacht 4 und damit auch das Turbulenzverhalten dieser Strömung. Es kann zweckmäßig sein, bei der Ausführungsform mit umgebendem Wasserkasten 20 im Wasserkasten 20 auf das Wasser beruhigend wirkende Einbauten 23 vorzusehen, wie sie in den F i g. 1 und 3 angedeutet sind. Außerdem erfordert die beschriebene Einstellung eines Kühlwasserkeils 13 im trichterförmigen Kühlschachteinlauf 12 im allgemeinen auch besondere Regeleinrichtungen für die Niveauregelung, die auf verschiedene Weise, im Rahmen des Standes der Technik für Niveauregelungen, verwirklicht werden können.

Man entnimmt aus den Fig. 1, 3 und 4 unmittelbar, daß die Schachtwände 5 zusätzlich für eine Kühlwasserzuführung 11 eingerichtet weraen könnten, sie können beispielsweise als Siebwände ausgeführt sein, wenn der K'ihlschacht 4 von einem Wasserkasten 20 umgeben ist. Sie können auch der Wasserabführung dienen, wenn ein zweiter kalter Wasserfilm danach aufgebracht wird.

Eine Kunststoffolie 1, die durch die beschriebene Vorrichtung hindurchgeführt ist, verläßt die Vorrichtung über die weitere Umlenkwalze 24 als praktisch verkaufsfertige, kalibrierte Kunststoffolie, die allen Qualitätsanforderungen genügt. Die Einstellung der

Betriebstemperatur auf unterschiedliche Kunststoffe, unterschiedliche Foliendicken und unterschiedliche Extrusionsgeschwindigkeiten läßt sich ohne weiteres erreichen, wobei stets darauf zu achten ist, daß im Kühlschacht 4 eine im wesentlichen laminare Kühlwasserschicht 14 aufrechterhalten wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

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Patentansprüche:

I. Vorrichtung zum Abziehen und Kühlen einer extrudieren thermoplastischen Kunststoffolie, mit einem unter der Extrusionsschlitzdüse angeordneten Kühlschacht und einer mit der Anlauftangente mittig unter dem Kühlschacht angeordneten Umlenkwalze, wobei der Kühlschacht der Breite der Kunststoffolie angepaßt, in einem Kühlwasserbad angeordnet und ■<> mit im Querschnitt trichterförmigen Einlaufen versehen ist, über die Kühlwasser in den Kühlschacht einläuft, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe (T) des Kühlschachtes (4) und der Abstand (A) der Schachtwände (5) sowie die '5 Kühlwasserzuführung (11) aufeinander abgestimmt sind, und daß in dem trichterförmigen Kühlschachteinlauf (12) ein Kühlwasserkeil (13) und im Kühlschacht (4) beidseits der Flachfolien (1) eine laminar strömende Kühlwasserschicht (14) ausgebildet ist.
2. Vorrichtung nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (A) der Schachtwände (5) sowie die Kühlwasserzuführung (11) und die Abzugsgeschwindigkeit einstellbar sind. *5
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der trichterförmige Kühlschachteinlauf (12) zwischen nebeneinander achsparallel angeordneten, rotierenden Walzen (21) gebildet ist, die gleichzeitig die Überläufe (7) für das Kühlwasser (6) bilden und mit entsprechenden Kühlwasserzuführungsdüsen (22) und/oder mit einem Wasserkasten (20) umgeben sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schachtwände (5) des Kühlschachtes (4) zusätzlich zur Kühlwasserzuführung (11) eingerichtet sind.