DE7503578U - Flachfolien - kuehlvorrichtung - Google Patents

Description

B a r m a g

Barmer Maschinenfabrik
Aktiengesellschaft

Remscheid - Lennep

Flachfolien - Kühlvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kühlen frisch extrudierter Folien aus thermoplastischen Polymeren in einem Bad, insbesondere einem Wasserbad.

Frisch extrudierte Folien in einem Wasserbad zu kühlen, ist ein häufig angewendetes Verfahren. Obgleich bereits Maßnahmen ergriffen wurden, dieses Kühlverfahren zu vervollkommnen, haften ihm noch Mangel an, welche die Qualität der fertigen Folie und der aus dieser hergestellten Endprodukte wie z.B. Bändchen, insbesondere Web-, Raschelbändchen und Taulitzen erheblich beeinträchtigen .

Naturgemäß wird das Kühlwasser im Nahbereich der Folie stärker aufgeheizt als in weiter entfernten Bereichen des Bades. Diese Erwärmung führt dazu, daß das Kühlmittel, welches mit der in das Bad eintauchenden Folie unmittelbar in Berührung kommt, zumindest im mittleren Bereich - in Bezug auf die Bahnbreite - den Siedepunkt erreicht. Dabei bilden sich Bläschen an der Oberfläche der eintauchenden und erst im Erstarren begriffenen Folie. Diese Erscheinungen wirken in vielerlei Hinsicht nachteilig auf die Folie ein. Es entstehen dadurch z.B. Vernarbungen in der Ober-

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fläche, die beim späteren Verstrecken der Folie zu unterschiedlichen Materialstärken und ungleichmäßiger Orientierung der Molekülstruktur und u.U. gar zu Rißbildung führen. Die hohe Kühlwassertemperatur im unmittelbaren Bereich der Folienbahn hat vor allen Dingen zur Folge, daß die Kühlgeschwindigkeit derart stark herabgesetzt wird, daß die Folie einen erheblichen seitlichen Einsprung erfährt. Unter Einsprung versteht man die Verminderung der Bahnbreite als Folge des Heißverzuges sowie der Abkühlung und der dadurch bedingten Zusammenziehung des Materials. Rasches Abkühlen vermindert erfahrungsgemäß diese Erscheinung. Durch den Einsprung in der Bahnbreite werden die Folien in den Randbereichen dicker als in der Mitte. Dieser Wandstärkenunterschied und der Unterschied der Kühlwassertemperatur in Bezug auf die Bahnbreite haben des weiteren den Nachteil, daß Spannungen entstehen, die ein Ausbeulen der Folienbahn zur Folge haben. Als äußerst abträglich wirkt sich dieses Ausbeulen der Folienbahn beim Durchlaufen des über dem Kühlbad befindlichen Abzugswalzenpaares aus, denn hier können sich Falten in der Folie bilden, die ihrerseits beim späteren Längsschneiden der Folienbahn zum Zwecke der Bändchenherstellung, zu unregelmäßigen und gezackten Bändchenrändern führen. Derartige ungleichmäßige Bändchen sind z.B. für die Gewebeherstellung völlig unbrauchbar.

Nach der CH-PS 461 776 ist bereits ein Bad zum Kühlen kontinuierlicher Filme aus thermoplastischem Material bekannt. Dort soll ein rasches Abkühlen der Folienbahn dadurch erreicht werden, daß das aufgeheizte Kühlwasser aus dem Bereich der Folie nicht weit unter der Kühlbadoberfläche abgezogen wird. Man ist dabei besonders darauf bedacht, Turbulenzen an der Oberfläche der Folie zu vermeiden. Das Absaugen der Kühlflüssigkeit erfolgt deshalb in einem relativ großen Abstand von der Folie. Dadurch ist jedoch die Kühlwirkung nicht intensiv genug, um ein rasches Abkühlen zu erzwingen.

In großem Abstand unter dem KUhlbadspiegel sind Rohre angeordnet, zwischen denen die Folie hindurchgeführt ist. Diese Rohre weisen

Längsschlitze auf, mit deren Hilfe Wasser und Gasbläschen abgesaugt werden sollen, die an der Oberfläche der Folie haftend von dieser mitgeschleppt werden. Der Abstand der Absaugrohre von der Eintrittsstelle der Folie in das Kühlbad ist so groß, daß die Folie bei der Berührung mit den Rohren bereits weitgehend erstarrt ist. Das Absaugen der Bläschen an der dort aufgezeigten Stelle kommt zu spät, um deren schädliche Wirkung auf die Folienoberfläche zu verhindern.

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit deren Hilfe ein rasches und über die Bahnbreite gesehen gleichmäßiges Abkühlen der in das Bad eintauchenden, frisch extrudierten Folienbahn zu erreichen, um insbesondere das unerwünschte und äußerst nachteilige Ausbeulen der Folienbahn zu verhindern. Darüberhinaus sollen an der Oberfläche der Folie auftretende Gasbläschen entfernt werden, um deren qualitätsmindernde Wirkung auf die Folie zu beseitigen.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht ein rasches und insbesondere gleichmäßiges Abschrecken der Folie über ihre gesamte Bahnbreite, was sehr deutlich am Verlauf der "Frostlinie" erkennbar ist. Unter "Frostlinie"versteht der Fachmann den sichtbaren übergang des Folienmaterials vom schmelzflüssigen in den erstarrten Zustand. Sie zeigt bei Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegenüber bisherigen Erfahrungen einen vergleichbar geringen und insbesondere über die gesamte Folienbahnbreite gleichmäßigen Abstand zum Flüssigkeitsspiegel des Kühlbades. Gleichzeitig werden damit die vorbeschriebenen nachteiligen Auswirkungen der ungleichmäßigen Abkühlung beseitigt, insbesondere das Ausbeulen der Folie tritt nicht mehr auf. Die im Anspruch 2 beschriebene Weiterbildung erhöht vorteilhaft die Wirkung der erfindungegemUßen Vorrichtung nach Anspruch 1. Es wurde überraschenderweise festgestellt, daß der rascher gekühlten Folie beim Verlassen dee Kühlbades erheblich weniger Flüssigkeit anhaftet, als einer weniger schnell gekühlten Folie. Das dadurch bedingte schnei-

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lere Trocknen der Folie ist für die sich an den Kühlvorgang anschließende kontinuierliche Weiterverarbeitung von positiver Bedeutung. Der im Anspruch 3 angegebene Anströmwinkelbereich hat sich insbesondere hinsichtlich der schnellen Auskühlung der Folie als vorteilhaft gezeigt.

Eine bevorzugte Ausführungsform stellt die im Anspruch 4 beschriebene Vorrichtung dar. Sie ist in ihrer Kühlwirkung auf die Folie optimal und darüberhinaus einfach in ihrem Aufbau und im Vergleich zu den bisher bekannten (z.B. CH-PS 461 776) Kühleinrichtungen sehr wenig kostenaufwendig.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1: die perspektivische Darstellung eines Kühlbades mit teilweise aufgeschnittener Wand

Fig. 2: einen Schnitt durch erfindungswesentliche Teile der Vorrichtung.

Gemäß Fig. 1 ist das Breitschlitzwerkzeug 1 zum Auspressen der Kunststoffolie 2 über die Zuführleitung bzw. den Anschlußstutzen 3 mit einer nicht dargestellten Lieferstelle für schmelzflüssiges polymeres Material, z.B. mit einem Extruder verbunden. Die Breitschlitzdüse 1 ist über bzw. in dem Behälter 4 derart angeordnet, daß die Düsenöffnung mit einem Abstand von wenigen Millimetern bis zu wenigen Zentimetern oberhalb des Flüssigkeitsspiegels des Kühlbades liegt. Der Flüssigkeitsspiegel ist durch Linien 5 an der Folie 2 und der Wand des Behälters 4 angedeutet. Auf beiden Seiten der Folienbahn in geringem Abstand und parallel zu dieser sowie zueinander und zum Flüssigkeitsspiegel sind als Flüssigkeitsdüsen ausgebildete Rohre 6 angeordnet. Sie liegen

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Anstelle des dargestellten kreisrunden Querschnitts können die Rohre 6 auch jeden anderen geeigneten Querschnitt aufweisen (z.B. tropfenförmig). Jedes Rohr 6 weist einen Längsschlitz 7 auf, der die ge samte Folienbreite überdeckt. Als Kühlflüssigkeit wird im allgemeinen Wasser verwendet. Das aus den Längsschlitzen 7 austretende Wasser 1st durch Pfeile 8 schematisch angedeutet. An den dem Betrachter zugewandten Stirnseiten sind die rohrförmigen Flüssigkeitsdüsen 6 über flexible Leitungen 9 mit einer nicht dargestellten Kühlflüssigkeitsquelle verbunden. Die flexiblen Leitungen 9 lassen eine Höhen- sowie eine Seltenverstellung der Rohre 6 zu. Die Halterungen für die Rohre 6, sowie Umlenkstäbe und Abzugswalzen für die Folie sind der besseren Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellt. Die Abzugsrichtung der Folie ist durch einen Pfeil 10 angedeutet.

In Fig. 2 sind wesentliche Teile der Kühlvorrichtung im Schnitt dargestellt. Die als Verteilerelemente 11 ausgebildeten Verlängerungen der flexiblen Zuführleitungen 9 (Abb. 1) sind im Inneren der als Flüssigkeitsdüsen ausgebildeten Rohre 6 koaxial zu diesen derart angeordnet, daß sie sich mindestens über die gesamte Länge der Längsschlitzdüsen 7 erstrecken. Die Verteilerelemente 11 weisen eine Vielzahl von in einer achsparallelen Reihe angeordneten Löchern 12 auf, die radial durch die Wände der rohrförmigen Verteilerelemente 11 geführt sind und jeweils auf die dem Längsschlitz 7 diametral gegenüberliegende Wand eines Rohres 6 gerichtet sind.

i Die Anordnung sowie die Querschnittsformen und -größen der Löcher 12 sind so gewählt, daß, bedingt durch den sich ergebenden Gesamtdurchflußwiderstand, die Austrittsgeschwindigkeit der Kühlflüssigkeit über die Breite der Verteilerelemente 11 gleichmäßig ist. Durch die Umlenkung der Kühlflüssigkeit beim Aufprallen | auf die Innenwand und bedingt durch die großen Durchflußquerschnitt^ über- und unterhalb des Verteilerelementes 11 , wird die hohe .j| Austrittsgeschwindigkeit der aus den Löchern 12 austretenden . : Flüssigkeitsströme (hoher dynamischer Druck) in eine niedrige | Fließgeschwindigkeit (niedriger dynamischer Druck) umgewandelt.

1-

Der Im Inneren der Flüssigkeitsdüse (6) stattfindende Ausgleich des statisches Druckes und das dort vorhandene nahezu laminare Strömungsbild bewirken einen aus dem Schlitz 7 über die ganze Breite mit gleichmäßiger Geschwindigkeit austretenden, turbulenzarmen, auf die Folie gerichteten Flüssigkeitsstrom. Die aus den Lttngsschlltzen 7 austretende Flüssigkeitsströmung bildet sich etwa blattförmig aus, wobei die freie Längsseite des "Blattes" die gesamte Folienbahnbrelte kontinuierlich überstreicht. Die besten Ergebnisse werden erzielt, wenn die Folie beidseitig mit Flüssigkeitsstromen beaufschlagt wird. Die Oberkante der Rohre 6 liegen 10 bis 150 mm unterhalb des Bad-Wasserspiegels, vorzugsweise in einem Abstand zwischen 20 und 80 nun. Ihr Abstand zur Folienbahn ist so gewählt, daß die Auftrefflinie der Wasserströme auf die Folie unterhalb des Flüssigkeitsspiegels des Bades liegt, wobei ihr Auftreffwinkel ( Λ ) gegen die Normalebene 13 in der Auftrefflinie zwischen O und 60°, vorzugsweise zwischen 15° und 45° beträgt. Die Geschwindigkeit der Flüssigkeitsströmung ist in Abhängigkeit vom Auftreffwinkel («t ) so bestimmt, daß an der Oberfläche der Folienbahn im wesentlichen eine laminare Strömung vorliegt. Die nicht völlig zu vermeidenden Turbulenzen haben keine nennenswerte Auswirkung auf die Eigenschaften der Folienoberfläche. Da die Rohre 6 höhen- und seitenverstellbar angeordnet sind, kann ihre Anordnung jederzeit den gegebenen Verhältnissen und Anforderungen angepaßt werden. Vorzugsweise wird ihre Lage so gewählt, daß sich die Auftrefflinien der beiden Flüssigkeitsströme auf den beiden Folienbahnseiten genau gegenüberliegen.

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Claims (4)

Sohutzaneprüohe

1. Vorrichtung zum Kühlen frlsohextrudlerter Folien aus thermoplastischen Polymeren, bestehend aus einem mit Kühlflüssigkeit füllbaren Behälter und darin angeordneten Einrichtungen zum Umlenken der Folie,. dadurch gekennzeichnet_r daß

mindestens ein mit einer Flüssigkeitsquelle verbundenes Rohr (6), welches mindestens eine über die gesamte Breite der zu kühlenden Folie (2) sich erstreckende Flüssigkeitsaustrittsdüse (7) aufweist, derart in dem Kühlflüssigkeitsbehälter (4) angeordnet ist, daß es parallel zur Bewegungsbahn der Folie (2) liegt und seine Flüssigkeitsaustrittsdüse (7) auf denjenigen Abschnitt der Folie (2) gerichtet ist, der unmittelbar unterhalb des Flüssigkeitsspiegels (5) der im Behälter (4) enthaltenen Kühlflüssigkeit liegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß

auf beiden Seiten der Bewegungsbahn der zu kühlenden Folie (2) und parallel zu dieser sowie zum Flüssigkeitsspiegel (5) der im Behälter (4) enthaltenen Flüssigkeit jeweils ein Rohr (6) derart im Flüssigkeitsbehälter angeordnet ist, daß die Schnittlinie der beiden Axialebenen durch die Flüssigkeitsaustrittsdüsen (7) der beiden Rohre (6) in dem oberhalb der Rohre (6) sich erstreckenden Bewegungsbahnabschnitt der Folie (2) liegt.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

der von der Normalebene (13) und der Axialebene durch die Längsschlitze (7) des Rohres (6) gebildete Auftreffwinkel ($■ ) zwischen 0° und 60° beträgt.

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„ 2 -

:

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche

[ 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet ι daß

f im Inneren des Rohres (16) ein Verteilerelement (11)

; angeordnet ist, das sich über die gesamte Länge des

Längsschlitzes (7) erstreckt und eine Vielzahl von

I Löchern (12) aufweist, die auf die dem Längsschlitz (7)

I diametral gegenüberliegende Wand des Rohres (6) ge-

I richtet sind.

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