DE4434493A1

DE4434493A1 - Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Herstellen von Kunststoffbahnen

Info

Publication number: DE4434493A1
Application number: DE4434493A
Authority: DE
Inventors: Lothar Dr Starke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-09-14
Filing date: 1994-09-14
Publication date: 1995-03-02

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Kunststoffbahnen aus mindestens einer geschäumten thermoplastischen Kunststoffschicht auf Extrusionsanlagen mit engen Maßtoleranzen, hoher Oberflächengüte und gleichmäßiger Schaumstruktur.

Es ist bekannt, geschäumte Kunststoffbahnen aus treibmittelhaltigen Thermoplasten auf Extrusionsanlagen herzustellen (Saechtling, H.: Kunststofftaschenbuch, 24. Ausg. S. 167, Carl Hanser Verlag 1989; Semerdjiev, St.: Thermoplastische Strukturschaumstoffe, S. 109-114, Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie Leipzig 1980). Beim Verlassen des Düsenspaltes einer Breitschlitzdüse schäumt die treibmittelhaltige thermoplastische Formmasse auf Grund von Verteilungsdifferenzen des Treibmittels sowie Schwankungen der Prozeßparameter der Extrusionsanlage ungleichmäßig auf. Die Folge sind örtliche Differenzen in der Plattendicke und eine rauhe Oberlächenstruktur der Bahnen. Es ist bekannt, diese Dickenschwankungen durch Veränderung der Abzugsgeschwindigkeit oder der Schneckendrehzahl des Extruders manuell auszugleichen.

Nach DE 36 09 167 erfolgt diese Regelung automatisch dadurch, daß entweder an der Kalibriervorrichtung oder an der Abzugsvorrichtung die Zugkraft in Extrusionsrichtung oder an der Kalibriervorrichtung die Spaltöffnungsdruckkraft gemessen und das Signal einem Führungsregler zugeführt wird, der in die Regelung des Antriebs der Abzugsvorrichtung eingreift.

In ähnlicher Weise ist es bekannt, die Wanddicken zu regeln, indes der Schauminnendruck in der Kalibriervorrichtung gemessen und diese Meßwerte zur Regelung der Abzugsgeschwindigkeit verwendet werden (DE 4 01 76 120).

Es ist ferner bekannt, die Kalibrierung der geschäumten Tafel mittels eines Kühlkalanders, vorzugsweise mit drei Glättwalzen, vorzunehmen, wobei die Tafelkalibrierung durch Einstellung des Walzenspaltes erfolgt. Diese Art der Kalibrierung ist auf geschäumte Kunststofftafeln geringer Dicke beschränkt.

In ähnlicher Weise ist es möglich eine konstante Wanddicke zu erzeugen, indem die extrudierte; geschäumte Kunststoffbahn einer Doppelbandpresse zugeführt wird (DE 35 30 309).

Die Kalibrierung von Bahnen mittels einer starren Kalibriervorrichtung ist auf Grund des Schäumdrucks und der dadurch erzeugten hohen Reibungskräfte in der Kalibriervorrichtung für dünnwandige Tafeln nur begrenzt und für dickere Tafeln nicht möglich.

Zur Verminderung dieser Reibungskräfte ist beim Celuka-Verfahren in der Achse des Extrusionswerkzeugs ein Torpedokörper angeordnet, hinter dem im Inneren des extrudierten Profils zumindest ein Hohlraum entsteht, der nach dem Verlassen des Werkzeugs durch den expandierenden Schaumstoff ausgefüllt wird (GB-PS 11 84 688; Österr.-PS 3 02 628).

Beim Sumitomo-Verfahren wird die Oberflächenqualität durch eine dreischichtige Bahn gewährleistet, wobei die beiden Oberflächenschichten aus kompaktem Material und die Kernschicht aus geschäumtem gleichem Material bestehen. Die Herstellung dieser dreischichtigen Bahn erfolgt in einem Prozeßgang durch Coextrusion. In ähnlicher Weise arbeitet ein Coextrusionsverfahren, bei dem ein vorgefertigter kompakter Schlauch mit Schaum gefüllt wird (Piechota/Röhr: Integralschaumstoffe, Carl Hanser Verlag, München, Wien 1975).

Zur Verringerung der Kontaktfläche zwischen Extrudat und Kalibriervorrichtung und zur Intensivierung der Kühlung ist es bekannt, die Kalibrierhülse als Schraubenfeder im Kühlmittelbad anzuordnen (DE 34 12 619) oder als kühlmittelführenden Metallfederbalg auszuführen (DE 35 21 619) oder mit schraubenförmigen, kühlmittelführenden Kanälen auszubilden (DE 39 06 363; DE 40 33 443).

Es ist weiterhin bekannt, den Reibungswiderstand in der Düse und in der Kalibriervorrichtung durch Anwendung eines Fluidfilmes zwischen der thermoplastischen Schmelze und der Düsen- bzw. Kalibrierwandung herabzusetzen. Beim Extrudieren thermoplastischer Schmelzen läßt sich der Strömungswiderstand in der Extruderdüse und in der Folge die Strangaufweitung des Extrudats durch Druckluft als Schmiermittel verringern (Brzoskowski, R.; White, J. L. u. Kalvani, B.: Kunststoffe 80 (1990) 8, S. 922-925).

Zur Verbesserung der Schmierung und Kühlung in Kalibrierhülsen ist es bekannt, die Räume zwischen Kalibrierhülse/Extrudat und Kühlmittelbehälter durch Düsen, Spalten oder Schlitze miteinander zu verbinden, um so den Zugang des Kühlmittels unmittelbar zum Extrudat zu ermöglichen (CH-PS 6 11 449; US-PS 35 46 745; FR-PS 20 86 715). Diese Ausführung hat den Nachteil einer unerwünschten Abformung dieser Öffnungen in der Kalibrierhülse auf der Oberfläche des Extrudats sowie einer nicht kontrollierbaren Dicke des Wasserfilms zwischen Kalibrierhülse und Extrudat.

Zur Vermeidung dieser Nachteile wurde für die Kalibrierung von Rohren eine Vorrichtung vorgeschlagen, die ringförmige Nuten aufweist, die durch Verteilerkanäle verbunden sind und Einspritzkanäle für unter Druck stehendem Wasser aufweisen. Durch eine Absaugung dieses Druckwassers aus der Kalibrierhülse wird ein Schmier- und Kühlmittelkreislauf aufrechterhalten (DE 32 47 333). Dieses gleiche Prinzip wird auch zur Verbesserung der Kühlung für geschäumte Kunststoffe vorgeschlagen angewandt, wobei Wasser oder Wasserdampf als Schmiermittel eingesetzt werden (FR-PS 22 71 918).

Bei geschäumten Kunststoffen wirkt sich das austretende Schmiermittel infolge des geringen Formänderungswiderstands der Oberfläche nachteilig auf die Struktur der Oberfläche aus, wobei es an den Stellen des Kühlmittelaustritts, insbesondere bei Bildung von Dampfblasen, zu unerwünschten Oberflächenfehlern kommen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, bei dem die Kalibrierung der extrusionsgeschäumten Bahn im Vergleich zum Stand der Technik verbessert ist, dies betrifft insbesondere die Reduzierung der Reibungskräfte zwischen der Kalibriervorrichtung und den Bahnoberflächen, die Herstellung von geschäumten oder teilgeschäumten Bahnen, mit geringer Dickentoleranz sowie die Erzeugung von Bahnen mit glatten, fehlerfreien Oberflächen.

Um dieses Ziel zu erreichen, weist das erfindungsgemäße Verfahren zum Kalibrieren einer extrusionsgeschäumten Bahn aus Kunststoff das im Patentanspruch 1 angeführte Merkmal auf, daß der in der Kalibrierzone wirkende Schäumdruck gemessen und diese Meßgröße zur Regelung einer Druckwasserschmierung dient. Zur Anpassung an örtlich unterschiedliche Schäumdrücke ist die Kalibriervorrichtung in zwei oder mehrere Regelzonen unterteilt.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß durch die geregelte Druckführung geringe Maßtoleranzen über die Bahnbreite und Bahnlänge erhalten werden.

Die Erfindung ist nachstehend mit Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 4 der Zeichnung beispielsweise näher erläutert.

Die Fig. 1 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer Kalibriervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2.

Gemäß der Figur verläßt eine geschäumte thermoplastische Kunststoffschicht 1 die Breitschlitzdüse 2 eines Extruders, wird von einem Zweiwalzenkalander 3 gefaßt, abgezogen und vorkalibriert und gelangt in eine starre Platten-Kalibriervorrichtung 4. Die Kalibriervorrichtung ist in zwei Zonen geteilt, wobei in jeder Zone, jeweils an ihrem Anfang in Extrusionsrichtung, ein induktiver Druckaufnehmer 5a, 5b mit einem Meßbereich bis 5 bar angeordnet ist. Diese Druckaufnehmer erfassen den durch die Treibgase in der Schaumstoffschicht erzeugten Schäum- oder Auftreibdruck. Die erfaßten Meßwerte werden über einen Trägerfrequenz-Meßverstärker als Eingangsgrößen einem Meßwertwandler zugeführt und steuern als Regelgrößen die Druckventile 7a, 7b von zwei Kühl- und Schmierkreisläufen. Kühl- und Schmiermittel ist Wasser, das über Verteilerkanäle und Düsen 8 zwischen die Oberflächen der Kunststoffbahn und der Kalibriervorrichtung gedrückt wird. Eine drucklose oder evakuierte Abführrinne 9 schließt jeden der Regelzonen ab und führt das Wasser einem nicht dargestellten Sammelbehälter zu.

Beim Betrieb dieser Kalibriervorrichtung wird der Druck des Kühl- und Schmierwassers so eingestellt, daß er in der Kalibriervorrichtung den Schäumdruck gerade kompensiert und einen homogenen Kühl- und Schmierfilm bildet.

Die Erfindung weist den Vorteil auf, daß durch die Unterteilung in zwei oder mehrere Regelzonen der Druck des Kühl- und Schmiermittels den örtlich vorliegenden Druckbedingungen angepaßt wird und durch kürzere Regelzonen die übermäßige Erwärmung des Kühlmittels, insbesondere eine Dampfblasenbildung, unterbunden wird.

Eine weitere Ausführungsform ist in Fig. 2 beschrieben. Sie zeigt beispielhaft das Schema einer Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 3.

Die Messung des Schäumdrucks erfolgt hier mittelbar über die zwischen Kunststoffbahn und den Wandungen der Kalibriervorrichtung bestehenden Reibungskraft. Der einem Kühlbad 10 nachgeordnete Walzenabzug 11 weist eine Vorrichtung zur Messung der Zugkraft in Längsrichtung des Extrudats 12 auf. In gleicher Weise kann diese Zugkraft über das Wirkmoment der Abzugsvorrichtung gemessen werden. Der Meßwert der Zugkraft oder des Drehmoments wird einem Meßwertwandler 13 zugeführt und steuert als Regelgröße das/oder die Druckventile 14 von Kühl- und Schmierkreisläufen.

Eine weitere Ausführungsform zeigt Fig. 3 als beispielhaftes Schema einer Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 7.

Die in einem Extruder mit Breitschlitzdüse 15 erzeugte thermoplastische Schaumstoffschicht wird beidseitig mit vorgefertigten Thermoplastbahnen, verstärkten Thermoplastbahnen, duroplastischen Schichtpreßstoffbahnen oder Metallfolien 16a, 16b im Zweiwalzenkalander 17 kaschiert und als Verbundbahn der Kalibriervorrichtung 18 zugeführt. Diese Kalibriervorrichtung ist mit Druckwasser gekühlt und geschmiert, wobei der Wasserdruck über gemessene Schäumdruckwerte, wie vorn beschrieben, geregelt wird. Die Anwendung fester Deckschichten hat den Vorteil, daß der Wärmeübergang reduziert ist, die Temperaturverteilung in der geschäumten Kunststoffschicht homogener ist und auch dadurch glatte, fehlerfreie Oberflächen garantiert werden können.

Die Fig. 4 zeigt einen schematischen Ausschnitt aus der Oberfläche einer Kühlplatte der Kalibriervorrichtung 4. Es ist die Lage der Zuführkanäle 19 sowie des Abführkanals 20 für das Kühl- und Schmierwasser in einer Regelzone dargestellt.

Liste der Bezugszeichen

1 geschäumte thermoplastische Kunststoffbahn
2 Breitschlitzdüse
3 Zweiwalzenkalander
4 Platten-Kalibriervorrichtung
5a, b Druckaufnehmer
6 Meßwertwandler
7a, b Druckwasserventile
8 Druckwasser-Verteilerkanäle und -düsen
9 Abführrinne
10 Kühlbad
11 Walzenabzug
12 Zugkraft-Meßvorrichtung
13 Meßwertwandler
14 Druckwasserventile
15 Extruder mit Breitschlitzdüse
16a, b Kaschierfolien
17 Zweiwalzenkalander
18 Kalibriervorrichtung
19 Druckwasser-Zuführkanäle
20 Abführkanäle

Claims

1. Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen von Kunststoffbahnen mit mindestens einer extrusionsgeschäumten thermoplastischen Kunststoffschicht mit geringer Dickentoleranz, gleichmäßiger Schaumstruktur und geringer Oberflächenrauheit, bei dem die geschäumte thermoplastische Kunststoffschicht durch einen Zweiwalzenkalander von einer Extruderbreitschlitzdüse abgezogen und vorkalibriert, in einer mit Druckwasser gekühlten und geschmierten Plattenvorrichtung kalibriert, in einem Wasserbad abgekühlt und von einer Walzenvorrichtung abgezogen wird, gekennzeichnet dadurch, daß der von der extrusionsgeschäumten Kunststoffschicht erzeugte und in der Platten-Kalibriervorrichtung wirkende Schäumdruck erfaßt und der Meßwert zur Regelung des Druckes der Wasserschmierung genutzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Schäumdruck in der Kalibrierzone mittels Druckmeßgeber unmittelbar gemessen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Schäumdruck mittelbar über die in der Kalibriervorrichtung erzeugte Reibungskraft als Zugkraft in Längsrichtung des Extrudates an der Abzugsvorrichtung gemessen wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die in einem Extruder mit Breitschlitzdüse erzeugte thermoplastische Schaumstoffschicht ein- oder beidseitig mit einer zugeführten, festen, thermoplastischen Kunststoffbahn im Zweiwalzenkalander kaschiert und als Verbundbahn der Kalibriervorrichtung zugeführt wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die in einem Extruder mit Breitschlitzdüse erzeugte thermoplastische Schaumstoffschicht ein- oder beidseitig mit einer zugeführten faser-, matten- oder gewebeverstärkten thermoplastischen Kunststoffbahn im Zweiwalzenkalander kaschiert und als Verbundbahn der Kalibriervorrichtung zugeführt wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die in einem Extruder mit Breitschlitzdüse erzeugte thermoplastische Schaumstoffschicht ein- oder beidseitig mit einer zugeführten duroplastischen Schichtpreßstoffbahn im Zweiwalzenkalander kaschiert und als Verbundbahn der Kalibriervorrichtung zugeführt wird.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die in einem Extruder mit Breitschlitzdüse erzeugte thermoplastische Schaumstoffschicht ein- oder beidseitig mit einer zugeführten Metallfolienbahn im Zweiwalzenkalander kaschiert und als Verbundbahn der Kalibriervorrrichtung zugeführt wird.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß die Zuführung des Druckwassers in mehreren, in Extrusionsrichtung hintereinander liegenden Zonen erfolgt und die Zuführung in jeder dieser Zonen gesondert geregelt ist.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1, 2, 4 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß jeder Regelzone für das Druckwasser eine gesonderte Schäumdruck-Meßeinrichtung zugeordnet ist.

10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß die Druckwasserzuführung durch senkrecht zur Extrusionsrichtung angeordnete Zuführkanäle erfolgt, diese eine begrenzte Längenausdehnung aufweisen und so in der Kalibriervorrichtung angeordnet sind, daß sie die gesamte Tafelbreite gleichmäßig abdecken.

11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß jede Druckwasserzuführ- und -regelzone in Extrusionsrichtung mit einer drucklosen, nach außen abführenden Rinne abgeschlossen ist.