EP4680448A1

EP4680448A1 - Verfahren und folienextrusionsmaschine zur herstellung einer kunststofffolie

Info

Publication number: EP4680448A1
Application number: EP23793713.1A
Authority: EP
Inventors: Markus Bussmann; Hans-Udo Beckmann
Original assignee: Windmoeller and Hoelscher KG
Current assignee: Windmoeller and Hoelscher KG
Priority date: 2022-10-17
Filing date: 2023-10-17
Publication date: 2026-01-21
Also published as: CN120457014A; WO2024083846A1; US20260048541A1

Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer Kunststofffolie mit einer Folienextrusionsmaschine, wobei zumindest zwei Kunststoffmaterialen aus zumindest zwei Vorratsbehältern einem Extruder gemeinsam oder jeweils einem Extruder zugeführt werden, die Kunststoffmaterialien in dem Extruder oder in den Extrudern aufgeschmolzen werden und als Schmelzestrang oder als Schmelzestränge in einen Düsenkopf gefördert werden, der Schmelzestrang oder die Schmelzestränge in dem Düsenkopf flächig verteilt und aus einer Düse des Düsenkopfs als Schmelzefilm herausgedrückt wird bzw. werden und der Schmelzefilm und/oder die durch Abkühlung gebildete Folienbahn mit zumindest einer Abzugswalze abgezogen wird bzw. werden. Besonders zu nennen ist, dass zu zumindest einer Eigenschaft zumindest eines Kunststoffmaterials und/oder zumindest eines Schmelzestrangs und/oder des Schmelzefilms und/oder der Folienbahn und/oder zu einem Maschinenparameter der Folienextrusionsmaschine mittels einer Messeinrichtung Messwerte aufgezeichnet werden und dass ein erstes Kunststoffmaterial ein Kunststoffmaterial mit schwankenden Materialeigenschaften und ein zweites Kunststoffmaterial ein Kunststoffmaterial mit im Wesentlichen konstanten Materialeigenschaften ist, wobei das erste und das zweite Kunststoffmaterial in einem Mengenverhältnis dem Extruder oder den Extrudern zugeführt werden, wobei in Abhängigkeit der Messwerte zu der Eigenschaft das Mengenverhältnis variiert wird.

Description

Verfahren und Folienextrusionsmaschine zur Herstellung einer Kunststofffolie

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Folienextrusionsmaschine zur Herstellung einer Kunststofffolie nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 6.

Zur Herstellung einer Kunststofffolie werden oft zumindest zwei Kunststoffmaterialien in zumindest zwei Vorratsbehältern zur Verfügung gestellt. Diese Kunststoffmaterialien liegen in der Regel in fester, aber schüttfähiger Form vor, beispielsweise in Granulatform, in einigen Fällen auch als Flocken oder als Mischung aus beidem. Diese zumindest zwei Kunststoffmaterialien können gemeinsam einem Extruder zugeführt werden. In einer Alternative wird jedes Kunststoffmaterial jeweils einem Extruder zugeführt.

In dem Extruder oder in den Extrudern werden die Kunststoffmaterialien nun, in der Regel unter Einwirkung von Wärmeenergie und mechanischem Druck, aufgeschmolzen. Werden zwei Kunststoffmatenalien innerhalb eines Extruders verarbeitet, werden diese dabei vermischt und insbesondere homogenisiert. Eine Vermischung kann aber auch bereits auf dem Weg von den Vorratsbehältern zum Extruder erfolgen.

Nach dem Aufschmelzen wird der fließfähige Schmelzestrang aus jedem Extruder einem Düsenkopf zugeführt. Dabei wird der Schmelzestrang in die Breite verteilt, so dass ein flacher Schmelzestrom entsteht, dessen Breite vielfach größer ist als seine Dicke, insbesondere mindestens das 20fache an Größe umfasst. Das Verteilen des Schmelzestrangs zu einem Schmelzestrom kann linear oder ringförmig erfolgen. Werden dem Düsenkopf mehrere Schmelzestränge zugeführt, so können diese innerhalb des Düsenkopfes zu einem mehrlagigen Schmelzestrom vereinigt werden. Dieser Schmelzestrom wird anschließend aus einer Düse des Düsenkopfes herausgedrückt, so dass ein Schmelzefilm entsteht. Dieser kühlt nun ab und bildet eine Folienbahn, die beispielsweise eine Flachbahn ist oder, wenn der Schmelzestrang ringförmig verteilt wurde, eine Schlauchbahn bildet. Der Schmelzefilm und/oder die bereits ausgebildete Folienbahn werden anschließend von zumindest einer Abzugswalze abgezogen.

Mit diesem Verfahren und mit dieser Folienextrusionsmaschine lassen sich oft in großem Umfang Folienbahnen herstellen. Jedoch kann es vorkommen, dass die Qualität der Folienbahn, die über einen längeren Zeitraum produziert wird, nicht gleichbleibend ist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Folienextrusionsmaschine vorzuschlagen, mit denen sich die Qualität der Folienbahnen auch über einen längeren Produktionszeitraum gleichbleibend halten lässt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch sämtliche Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind mögliche Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass zu zumindest einer Eigenschaft zumindest eines Kunststoffmatenals und/oder zumindest eines Schmelzestrangs und/oder des Schmelzefilms und/oder der Folienbahn und/oder zu einem Maschinenparameter der Folienextrusionsmaschine mittels einer Messeinrichtung Messwerte aufgezeichnet werden. Mit dieser Maßnahme ist es möglich, eine Qualitätsüberwachung nicht oder nicht nur an der fertigen Folienbahn durchzuführen, sondern bereits an Vor- und Zwischenprodukten. So können beispielsweise mit Infrarot- oder Strahlungsmessungen Informationen über die Zusammensetzung der Kunststoffmatenalien erhalten werden. So lassen sich Veränderungen der Materialien, die sich über den Produktionszeitraum ergeben, beobachten. Veränderungen eines Kunststoffmaterials über die Zeit führen jedoch auch zu Veränderungen innerhalb des Extruders während des Aufschmelzens dieses Materials. So kann sich die Temperatur des Kunststoffmaterials innerhalb des Extruders, insbesondere innerhalb der Extruderzonen, ändern, insbesondere, weil die Wärmekapazität des Materials schwanken kann. Eine Veränderung eines Kunststoffmaterials kann den Druckverlauf im Extruder beeinflussen, wobei sich der Druckverlauf insbesondere aus dem Gegendruck des Materials ergibt. Auch die Einschaltdauer der Extruderzonen können überwacht werden. Eine einfach zu beobachtende Größe ist das Motordrehmoment, das erforderlich ist, um eine vorgegebene Drehzahl einer sich innerhalb des Extruders befindlichen Extruderschnecke anzutreiben. Zu all den vorgenannten Parametern lassen sich mit geeigneten Messeinrichtungen, wie etwa mit einem Temperaturmessgerät, mit einem Druckmessgerät oder mit einer Drehmomentüberwachungseinrichtung Messwerte erhalten.

Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein erstes Kunststoffmatenal ein Kunststoffmaterial mit schwankenden Materialeigenschaften und ein zweites Kunststoffmaterial ein Kunststoffmaterial mit im Wesentlichen konstanten Materialeigenschaften ist, wobei das erste und das zweite Kunststoffmaterial in einem Mengenverhältnis dem Extruder oder den Extrudern zugeführt werden, wobei in Abhängigkeit der Messwerte zu der Eigenschaft das Mengenverhältnis variiert wird.

Das erste Kunststoffmaterial ist eines mit bei der Verarbeitung in der Folienextrusionsmaschine zeitlich schwankenden Eigenschaften, was insbesondere die intrinsische Materialzusammensetzung betrifft. Solche schwankenden Eigenschaften rühren insbesondere daher, dass zwei verschiedene Volumenelemente des ersten Kunststoffmaterials unterschiedliche Grundmatenalzusammensetzungen aufweisen. Bei chemisch ähnlichen Grundstrukturen können verschiedene Grundmaterialien unterschiedliche Dichten aufweisen. So können beispielsweise Polyethylene in einer hohen Dichte (HD-PE), aber auch in einer geringeren Dichte vorliegen (LD-PE). Je nach Veränderung der Anteile dieser beiden Polyethylene von Volumenelement zu Volumenelement kann die Gesamtdichte des Kunststoffmaterials variieren.

Das zweite Kunststoffmaterial ist im Vergleich zum ersten Kunststoffmaterial ein Material mit im Wesentlichen konstanten Materialeigenschaften. Solche Materialien werden oft aus hochreinen Ausgangsmatenalien und unter genauer Einhaltung von vorgegebenen Herstellparametern hergestellt. Daher sind solche zweiten Kunststoffmaterialien häufig teurer als die ersten Kunststoffmatenalien. Die Erfindung kann somit auch dazu beitragen, die Kosten für die hergestellte Folienbahn zu senken.

Um nun die schwankenden Eigenschaften des ersten Kunststoffmaterials ausgleichen zu können, ist erfindungsgemäß weiterhin vorgesehen, dass das erste und das zweite Kunststoffmaterial zunächst in einem Mengenverhältnis dem Extruder oder den Extrudern zugeführt. Im ersten Fall ist also vorgesehen, dass beide Materialien vor dem Eintritt in den Extruder in einem Mengenverhältnis zugeführt werden. So kann beispielsweise der Mengenanteil des ersten Kunststoffmatenals 70 % und der Mengenanteil des zweiten Kunststoffmaterials 30 % betragen. Vorgesehen ist es, dass in Abhängigkeit von den oben genannten Messwerten zu der oben genannten Eigenschaft das Mengenverhältnis variiert wird. Im zweiten Fall, in dem die Schmelzestränge innerhalb des Düsenkopfes zu mehreren Schichten vereinigt werden, kann das Mengenverhältnis dadurch festgelegt werden, dass die Schichtdicken ein bestimmtes Verhältnis zueinander einnehmen. So kann beispielsweise bei einer Gesamtschichtdicke die Schichtdicke des ersten Kunststoffmaterials zu 70 % und die Schichtdicke des zweiten Kunststoffmaterials zu 30 % zur Gesamtschichtdicke beitragen.

In beiden vorgenannten Fällen kann es vorgesehen sein, dass das zweite Kunststoffmatenal einen Mengenanteil von zumindest 10 % des gesamten Kunststoffmaterials umfasst, insbesondere jedoch mindestens 20 %. Umfasst das zweite Kunststoffmaterial ein Additiv oder besteht das zweite Kunststoffmaterial lediglich aus einem Additiv, so kann vorgesehen sein, dass das zweite Kunststoffmatenal einen Mengenanteil von zumindest 0,5% des gesamten Kunststoffmaterials umfasst. Ein Additiv kann dabei eine Nebenkomponente sein, die einer Hauptkomponente des zweiten

Kunststoffmaterials beigemischt ist. Bei bestimmten Eigenschaften des ersten Kunststoffmaterials kann es sogar ausreichend sein, als zweites

Kunststoffmaterial lediglich ein Additiv zu verwenden.

Wie bereits oben erwähnt, werden zu oben genannten Eigenschaften mit zumindest einer Messeinrichtung Messwerte aufgenommen. Die Messwerte werden insbesondere einer Rechen- und Steuereinrichtung zugeführt. Die Rechen- und Steuereinrichtung vergleicht die aufgenommenen Messwerte mit Sollwerten zu dieser Eigenschaft und/oder zu Durchschnittswerten aus den zuvor gewonnenen Messwerten. Überschreitet die Differenz zwischen den Messwerten und den Soll- bzw. Durchschnittswerten einen Grenzwert, so wird das Mengenverhältnis des ersten Kunststoffmaterials und des zweiten Kunststoffmaterials variiert, also insbesondere angepasst. Das bedeutet insbesondere, dass die Zufuhr des ersten Kunststoffmaterials verändert bzw. reduziert wird und/oder die Zufuhr des zweiten Kunststoffmaterials ebenfalls verändert, insbesondere erhöht, wird, bis die Messwerte wieder unterhalb des Grenzwerts liegen. Es wird bevorzugt die Zufuhr beider Kunststoffmaterialien gleichzeitig verändert, um die Gesamtmenge konstant zu halten

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das erste Kunststoffmaterial ein recyceltes Kunststoffmaterial. Ein recyceltes Kunststoffmaterial zeichnet sich dadurch aus, dass es ein bereits durch einen Benutzer verwendetes Kunststoffmaterial beinhaltet. Da häufig Materialien aus verschiedenen Erstanwendungen des Kunststoffes nacheinander in eine Recyclinganlage gelangen, können die Eigenschaften innerhalb des Materials stark unterschiedlich sein. Dies gilt in Hinblick auf die Matenalzusammensetzung, aber auch in Hinblick auf mögliche Verschmutzungen durch Fremdstoffe, die zwar nicht gewünscht sind, die sich jedoch meist nicht vermeiden lassen. Insgesamt bietet die Erfindung damit die Möglichkeit, Recyclingmaterial in einer Folienextrusionsmaschine zu verarbeitet, wobei die Qualität der hergestellten Folienbahn im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren gesteigert ist. Vorteilhaft ist es, wenn zu den Eigenschaften, zu denen mit einer Messeinrichtung Messwerte aufgenommen werden, zumindest eine der folgenden Eigenschaften zählt:

Blasenstabilität, Blasenform, Frostlinienhöhe bzw. Frostzonenhöhe, Folientemperatur, Foliendicke, Abzugsgeschwindigkeit, Folienbreite.

Die Blasenstabilität beschreibt, ob der Schmelzefilm entlang eines vorgesehenen Transportpfads sich bewegt, oder ob der tatsächliche Transportpfad hiervon abweicht. In der Praxis spricht man dabei oft vom „Flattern“ der Folie, das heißt von periodischen Abweichungen von dem vorgesehenen Transportpfad. Eine optische Kamera kann hier als Messeinrichtung vorgesehen sein. Die Bilder, die diese Kamera aufzeichnet, bilden die Messwerte und können hinsichtlich der vorgenannten Abweichungen ausgewertet werden.

Die Blasenform beschreibt, ob die Geometrie des Schmelzefilms eine vorgesehene Geometrie beschreibt. Es kommt in der Praxis vor, dass sich die Form des Schmelzefilms durch äußere Einflüsse, wie etwa eine Abkühlung der Umgebung der Folienextrusionsmaschine verändert. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es hingegen möglich, dass derartige Veränderungen auf die Eigenschaften des ersten Materials zurückzuführen sind. Zur Beurteilung der Blasenform eignet sich wiederum eine optische Kamera als Messeinrichtung. Die Bilder der Kamera sind wiederum als Messwerte zu verstehen, wobei zur Auswertung die Istform des Schmelzefilms im Bereich der Folienblase mit einer Sollform verglichen werden kann.

Bei der Frostzone handelt es sich um den Übergangsbereich, in dem der Schmelzefilm zur Folienbahn erstarrt. Die Folienbahn bildet also nicht mehr eine Schmelze, sondern eine feste Folienbahn, die sich insbesondere nicht oder zumindest nicht mehr nennenswert formen lässt. Oft wird bei der Frostzone auch von einer Frostlinie gesprochen. Mit der Frostzonenhöhe ist die Entfernung der Frostzone von der Düse entlang des Transportweges gemeint. Auch wenn der Begriff „Höhe“ sich von der Blasfolienextrusion ableitet, so ist die beschriebene Entfernung auch in einer Flachfolienextrusionsmaschine zu bestimmen. Die Frostzonenhöhe kann insbesondere während des Extrusionsbetriebes dadurch variieren, dass vor allem beim ersten Kunststoffmaterial die Wärmekapazität über die Zeit variiert. Die Kenntnis der Frostzonenhöhe ist für die Einstellung oder Positionierung von Maschinenkomponenten, beispielsweise für die Position des Kalibrierkorbs, wichtig. Die Frostzone kann durch eine Temperaturmessung an der Folienblase erfolgen, beispielsweise durch eine Infrarotkamera. Wird eine erhöhte oder verringerte Temperatur im Vergleich zu einer Solltemperatur oder einer Durchschnittstemperatur festgestellt, so bedeutet das, dass sich die Frostzone in oder entgegen der Transportrichtung verschoben hat.

In Folienextrusionsmaschinen ist häufig auch ein separater Regelkreis für die Höhe des Kalibrierkorbes und/oder für die Höhe der Frostzone vorgesehen, so dass die Messgröße dieses Regelkreises als Messwert für die Eigenschaft des ersten Kunststoffmaterials vorgesehen werden kann.

Generell kann auch an weiteren Orten die Folientemperatur mittels eines Temperaturmessgeräts bestimmt werden. Die Folientemperatur kann insbesondere, wie bereits im Zusammenhang mit der Frostzone beschrieben worden ist, von der Wärmekapazität des ersten Kunststoffmaterials und damit von dessen Eigenschaften, wie etwa der chemischen Zusammensetzung, abhängen.

Auch die Foliendicke ist eine Eigenschaft der entstandenen Folienbahn, die von den Eigenschaften der verwendeten Kunststoffmaterialien abhängen kann. So können die variierenden Eigenschaften des ersten Kunststoffmaterials zu einer variierenden Foliendicke führen. So kann die Foliendicke vorzugsweise mit einer Messeinrichtung bestimmt werden, welche auf Basis von Ultraschall- oder radiometrischen Wellen arbeitet oder eine auf Basis einer taktilen Messung arbeitet. Besondere Vorteile ergeben sich, wenn eine solche Messung in Kombination mit einer Messung der elektrischen Kapazität erfolgt. Die Kapazitätsmessung mit Elektroden liefert Ergebnisse, die bei einer gegebenen Dicke der Folie von der Dichte der Materialien der Folienbahn abhängen. Verändert sich neben der Dichte auch die Dicke der Folienbahn, müssen beide unabhängig voneinander bestimmt werden. Folglich lassen sich mit zwei Messeinrichtungen, die auf unterschiedlichen physikalischen Messprinzipien beruhen, sowohl die Dicke als auch die Dichte einzeln bestimmen. Die Dichte der Folienbahn lässt wiederum Rückschlüsse auf die Dichte des ersten Kunststoffmaterials zu, so dass bei Abweichungen von einer Solldichte Korrekturen bei der Mengenzusammensetzung des ersten und des zweiten Kunststoffmaterials durchzuführen sind.

Auch die Folienbreite lässt sich mit einer Breitenmesseinrichtung bestimmen und liefert ebenfalls einen Hinweis auf die Eigenschaften des ersten Kunststoffmaterials. Die Folienbreite hängt insbesondere von der Dehnfähigkeit der Folie und damit direkt von den Eigenschaften des ersten Kunststoffmaterials ab.

Auch die Abzugsgeschwindigkeit der Folienbahn, also die sich einstellende Umfangsgeschwindigkeit der Abzugswalze bei gegebenem Drehmoment, ist abhängig von den Eigenschaften des ersten Kunststoffmaterials, insbesondere von dessen Dichte. Die Umfanggeschwindigkeit lässt sich durch einen Winkelgeber bei bekanntem Außenumfang der Abzugswalze messen.

Mit diesen vorgenannten, aber auch den nachfolgend genannten Messeinrichtungen, deren Auflistungen nicht abschließend sind, lassen sich Eigenschaften des ersten Kunststoffmaterials bestimmen, wobei die Messwerte der Messeinrichtungen einzeln oder gemeinsam Berücksichtigung finden können. Die Messwerte werden vorzugsweise in einer Rechen- und Steuereinrichtung mit Sollwerten und/oder mit den Durchschnittswerten verglichen. Bei Abweichungen über einen Schwellenwert hinaus werden erfindungsgemäß die Mengenverhältnisse des ersten und des zumindest einen zweiten Kunststoffmaterials verändert werden. Dabei kann es vorgesehen sein, dass, wenn mehrere Messwerte von der Rechen- und Steuereinrichtung berücksichtigt werden, diese gewichtet werden, um beispielsweise deren Einfluss berücksichtigen zu können. Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass diese Gewichtungen wiederholt hinsichtlich ihres Einflusses überprüft und angepasst werden. Diese Gewichtungen können in einer Speichereinrichtung der Folienextrusionsmaschine und/oder der Rechen- und Steuervorrichtung speicherbar sein bzw. gespeichert werden. Damit kann bei einer aktuellen Folienherstellung auf Daten vorangegangener Folienherstellungen zurückgegriffen werden, so dass, wenn eine neue Folienherstellung beginnt, schneller eine Gutproduktion erreicht wird. Selbstverständlich werden solche Daten in Verbindung mit einem Rezept abgespeichert, wobei zu einem Rezept nicht nur die Art der Kunststoffmaterialien und deren Mengenzufuhr zur Herstellung der vorgesehenen Folie, sondern auch die Maschinenparameter, beispielsweise die Positionierung des Kalibrierkorbes, und die Verfahrensparameter, wie beispielsweise die Umdrehungsgeschwindigkeit einer Extruderschnecke, zählen. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Rechen- und Steuereinrichtung das Mengenverhältnis variiert, insbesondere über einen zuvor festgelegten Variationsbereich variiert, und den Einfluss auf die Messwerte aufzeichnet. Daraus lassen sich Mischungsregeln erzeugen und abspeichern, was rezeptspezifisch und insbesondere spezifisch für verschiedene erste Kunststoffmaterialien erfolgen kann. Eine solche Variation kann auch dadurch erfolgen, dass ein Testextruder außerhalb der Folienextrusionsmaschine vorgesehen ist, welchem das erste Kunststoffmaterial und das zumindest eine zweite Kunststoffmaterial in unterschiedlichen Mengenverhältnissen zugeführt wird und die Messwerte bestimmt werden.

Nicht nur die Eigenschaften des Schmelzefilms und/oder der Folienbahn, sondern auch die Eigenschaften des Schmelzestrangs lassen sich mit Messeinrichtungen vermessen. Zu diesen Eigenschaften zählen: Druckverlauf im Extruder, Temperatur der Extruderzonen, Dichte, Viskositätszahl, Gegendruck, Förderrate.

Auch diese Aufzählung ist nicht abschließend. Der Druckverlauf im Extruder hängt direkt von den Eigenschaften, insbesondere den Dichten der verwendeten Kunststoffmaterialien ab und kann mit Druckmesseinrichtungen gemessen werden. Insbesondere der Druckabfall über eine Siebeinrichtung kann zusätzlich bestimmt werden. Diese Messwerte werden wiederum der Rechen- und Steuereinrichtung zugeführt.

Auch die Temperatur des Schmelzestroms in einzelnen Zonen des Extruders (Extruderzonen) lassen sich mit bekannten Temperaturfühlern bestimmen und liefern einen Hinweis auf die Eigenschaften des ersten Kunststoffmaterials.

Eine Dichtebestimmung kann an unterschiedlichen Orten innerhalb der Folienextrusionsmaschine und mit Dichtemesseinrichtungen erfolgen. Die Dichte kann jedoch auch direkt am noch nicht aufgeschmolzenen Kunststoffmaterial gemessen werden. Dabei kann nicht nur die Dichte innerhalb eines Granulatkorns oder einer Flocke des ersten Kunststoffmaterials eine Rolle spielen, sondern auch die Schüttdichte des Materials insbesondere innerhalb eines Vorratsbehälters.

Die Viskositätszahl des Schmelzestrangs, der auch als MFI (Abkürzung für „Melt-Flow-Index“) bezeichnet werden kann, kann innerhalb des Extruders oder der Extruder mit mindestens einem Viskositätszahlmessgerät gemessen werden und/oder beispielsweise innerhalb von Rohrleitungen zwischen Extruder und Düsenkopf und/oder innerhalb des Düsenkopfs.

Auch ein von dem Schmelzestrang erzeugter Gegendruck kann bestimmt werden und liefert einen Hinweis auf Eigenschaften des ersten Kunststoffmaterials.

Die Förderrate, also das geförderte Volumen oder das geförderte Gewicht pro Zeiteinheit, kann mit einer dafür eingerichteten Messeinrichtung bestimmt werden. Ferner ist es vorteilhaft, wenn zu den Eigenschaften zumindest Maschinenparameter zumindest einer der folgenden Parameter zählt: Einschaltdauer der Extruderzonen,

Motordrehmoment des Extruderantriebs,

Zu- und/oder Abfuhr der Außen- und/oder Innenkühlluft.

Mit der Einschaltdauer ist gemeint, dass es ab dem Start des oder der Extruder eine gewisse Zeit dauert, bis der Extruder bzw. dessen einzelne Zonen die Betriebstemperatur erreicht haben bzw. die Betriebsdrücke erreicht werden. Auch die Zeitspanne, die vergeht, bis eine Extruderschnecke eine Nennumdrehungszahl erreicht hat, kann hierzu gehören. Die Betriebstemperatur bzw. die Betriebsdrücke können mit Temperatur- bzw. Druckmesssensoren bestimmt werden.

Das Motordrehmoment kann auf einfache Weise, beispielsweise durch die Bestimmung der Stromaufnahme bei einer vorgesehenen Drehzahl, erfolgen. Das Motordrehmoment kann ein Hinweis auf die Dichte des ersten und/oder des zweiten Kunststoffmaterials sein. Insbesondere das Motordrehmoment kann sehr empfindlich auf Veränderungen der dem Extruder zugeführten Material reagieren.

Die Zufuhr von Innenkühlluft über eine Innenkühleinrichtung dient einerseits dazu, die Folienblase in eine vorgesehene Form zu bringen, andererseits, dem Schmelzefilm Wärme zu entziehen, damit dieser sich zu einer Folienbahn verfestigt. Um die entzogene Wärme abtransportieren zu können, muss die Innenkühlluft wieder abgeführt werden. Für die Zu- und Abführung der Kühlluft stehen in der Regel Gebläse zur Verfügung. Oft sind Regelkreise für die Blasenform und/oder für die Temperatur der Folienblase vorgesehen, so dass die Messgrößen für diesen Regelkreis und/oder die Stellgrößen als Messwerte für die Bestimmung von Eigenschaften des ersten Kunststoffmaterials herangezogen werden können. Gleiches gilt für die Zufuhr der Außenkühlluft mittels einer Außenkühleinrichtung, die ebenfalls dem Aufnehmen von Wärme aus dem Schmelzefilm dient. Der einzige Unterschied zur Innenkühleinrichtung ist, dass die Außenkühlluft nicht abgeführt werden muss, da sie in die Umgebung entweicht. Dagegen wird die Außenkühlluft oft temperiert, so dass hierfür ebenfalls ein Regelkreis vorgesehen ist. Auch hier kann die Stellgröße zur Bestimmung von Eigenschaften des ersten Kunststoffmaterials herangezogen werden.

Die eingangs genannte Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch eine Folienextrusionsmaschine zur Herstellung einer Kunststofffolie nach einem erfindungsgemäßen Verfahren, mit

• zumindest zwei Vorratsbehältern zum Bereitstellen jeweils eines Kunststoffmaterials

• zumindest einem Extruder, welchem die Kunststoffmaterialien aus beiden Vorratsbehältern zuführbar sind oder zumindest zwei Extrudern, welchen jeweils ein Kunststoffmaterial zuführbar ist, wobei die Kunststoffmatenalien in dem Extruder oder in den Extudern aufschmelzbar und in einen Schmelzestrang oder zwei Schmelzestränge umformbar sind

• ein Düsenkopf, welchem der Schmelzestrang oder die Schmelzestränge zuführbar sind und in welchem mittels Verteiler der Schmelzestrang oder die Schmelzestränge flächig verteilbar sind

• einer an oder in dem Düsenkopf angeordneten Düse, aus welcher die zu einem Schelzefilm umgeformten Schmelzestränge herauspressbar sind

• einer Abzugswalze, mit welcher der Schmelzefilm und/oder die durch Abkühlung gebildete Folienbahn von der Düse abziehbar ist.

Diese Folienextrusionsmaschine zeichnet sich dadurch aus, dass eine Messeinrichtung vorgesehen ist, mit welcher zu zumindest einer Eigenschaft zumindest eines Kunststoffmatenals und/oder zumindest eines Schmelzestrangs und/oder des Schmelzefilm und/oder der Folienbahn und/oder zu einem Maschinenparameter der Folienextrusionsmaschine Messwerte aufzeichnenbar sind, dass ein erstes Kunststoffmaterial ein Kunststoffmatenal mit schwankenden Materialeigenschaften und ein zweites Kunststoffmaterial ein Kunststoffmaterial mit im Wesentlichen konstanten Materialeigenschaften ist, und dass eine Rechen- und Steuereinrichtung vorgesehen und dazu eingerichtet ist, dass das erste und das zweite Kunststoffmaterial in einem Mengenverhältnis dem Extruder oder den Extrudern zuführbar ist, wobei in Abhängigkeit der Messwerte zu der Eigenschaft das Mengenverhältnis variierbar ist, um Produktionsparameter der Folienextrusionsmaschine auf im Wesentlichen gleichbleibende Werte zu halten.

Damit werden die gleichen Vorteile erzielt, wie sie schon im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben worden sind.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, in der unter Bezugnahme auf die Figuren verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen erläutert sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder beliebige Kombinationen erwähnter Merkmale erfindungswesentlich sein. Im Rahmen der gesamten Offenbarung gelten Merkmale und Einzelheiten, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Folienextrusionsmaschine und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Aspekten der Erfindung stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann. Die einzelnen Figuren zeigen:

Fig. 1 Prinzipskizze einer ersten Folienextrusionsmaschine

Fig. 2 Prinzipskizze einer zweiten Folienextrusionsmaschine

Die Figur 1 zeigt eine Prinzipskizze einer ersten Folienextrusionsmaschine, welche als Blasfolienextrusionsmaschine 100 ausgebildet ist. Diese Maschine umfasst zunächst einen Dosiertrichter 101 , in dem sich ein ersten Kunststoffmaterial zugeführt wird. Bei diesem ersten Kunststoffmaterial handelt es sich insbesondere um ein recyceltes Kunststoffmaterial mit variierenden Eigenschaften, welches in granulierter Form vorliegt. Dieses Material kann daher auch als „ReGran“ bezeichnet werden. Dieses Material hat erste Materialeigenschaften, insbesondere eine erste Dichte und einen ersten Melt- Flow-Index. Innerhalb des Dosiertrichters 101 kann dem ersten Kunststoffmaterial zumindest ein zweites Kunststoffmaterial beigemischt werden, welches mittels dem Dosiertrichter 102 und/oder dem Dosiertrichter 103 zuführbar ist. Das zweite Kunststoffmaterial hat bestimmte Eigenschaften, insbesondere eine zweite Dichte und einen zweiten Melt-Flow-Index. Das Gemisch aus dem ersten und dem zumindest einen zweiten Kunststoffmatenal hat eine Gemischdichte, welche beispielsweise mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eingestellt wird. Der jeweilige Massefluss der Kunststoffmaterialien ist beeinflussbar, so dass das Gemisch einen variablen Anteil der Kunststoffmatenalien in Abhängigkeit von den gewünschten Eigenschaften aufweist.

Das erste und das zumindest zweite Kunststoffmaterial sind einem Extruder 104 zuführbar, welcher eine sich drehende Extruderschnecke umfasst. Der Antrieb erfolgt durch einen nicht näher dargestellten Elektromotor, dessen Drehmoment messbar ist, insbesondere durch Messung des Motorstroms.

In dem Extruder 105 wird das Gemisch aufgeschmolzen und homogenisiert. Anschließend bildet dieses einen Schmelzestrang. Die zum Aufschmelzen und/oder zum Einstellen von bestimmten Temperaturen des Gemisches notwendige Energie kann, neben der Temperatur selbst, eine Messgröße für das erfindungsgemäße Verfahren darstellen.

Der Schmelzestrang gelangt anschließend durch ein Sieb 105, wobei sich eine Druckdifferenz des Schmelzestrangs vor und hinter dem Sieb 105 ergibt. Der Eingangsdruck und der Ausgangsdruck sind materialabhängig und stellen daher geeignete Messgrößen dar.

Durch eine weitere Rohrleitung 106 gelangt der Schmelzestrang in einen Blaskopf 107. Innerhalb der Rohrleitung 106 kann der Melt-Flow-Index des Schmelzestrangs gemessen werden. Über die Länge der Rohrleitung kann es zu einer weiteren Druckänderung innerhalb des Schmelzestrangs kommen, wobei ein Eingangsdruck am Blaskopf herrschen kann, der messbar ist. In dem Blaskopf 107 wird der Schmelzestrang ringförmig verteilt und durch eine Düse herausgepresst. Der entstehende Folienschlauch 108 wird durch nicht gezeigte Abzugsrollen in die Transportrichtung A abgezogen. Während dieses Transports verfestigt sich der Folienschlauch 108 so weit, dass sich seine Dimensionen, insbesondere dessen Durchmesser und die Dicke der Folie, nicht mehr, wobei dieser Übergangsbereich durch die Frostlinie 109 dargestellt ist. Der Durchmesser des Folienschlauchs 108 im Bereich der Frostlinie 109 und auch der Abstand der Frostlinie in Transportrichtung gesehen von der Düse des Blaskopfes sind charakteristisch für das verwendete Materialgemisch und können daher ebenfalls Messgrößen im Sinne der Erfindung darstellen. Allgemein können die Folienkontur und/oder die Folientemperatur in Abhängigkeit vom Abstand von der Düse (in Transportrichtung gesehen) Messgrößen darstellen.

Um die Form und/oder die Temperatur des Folienschlauchs 108 und/oder die Dicke der Folie und damit auch die Höhe der Frostlinie beeinflussen zu können, ist wenigstens ein Kühlring 110 vorgesehen, der mit einem Kühlfluid über den zumindest einen Stutzen 111 versorgbar ist. Der Volumenstrom und/oder die Temperatur des Kühlfluids sind beeinflussbar, vorzugsweise lokal unterschiedlich beeinflussbar.

Die Form und/oder die Temperatur des Folienschlauchs 108 sind alternativ oder zusätzlich mittels einer Innenkühleinrichtung 112 beeinflussbar. Dieser Innenkühleinrichtung ist ein Kühlfluid für die Innenkühlung über einen Stutzen 113 zuführbar. Da das zugeführte Kühlfluid für die Innenkühlung nicht in die Umgebung entweichen kann, ist eine Abführung des Kühlfluids für die Innenkühlung notwendig. Dieses erfolgt über einen Stutzen 114.

Im Zusammenhang mit der beschriebenen Blasfolienanlage 100 sind einige der genannten Parameter Größen, die einstellbar sind (Stellgrößen). Zu diesen Stellgrößen gehören unter anderem der Massefluss, die Dichte und der Melt- Flow-Index des zumindest einen zweiten Kunststoffmaterials, die Drehzahl des Antriebsmotors für die Extruderschnecke und/oder die Volumenströme und/oder Temperaturen der Kühlfluide. Mit diesen Stellgrößen ist es möglich, Einfluss auf die Eigenschaften der Folie zu nehmen. Insbesondere werden mit diesen Stellgrößen die Dichte des Gemisches, die Temperatur des Gemischs, der Eingangsdruck am Blaskopf, der Melt-Flow-Index des Schmelzestrangs, der Durchmesser des Folienschlauchs an der Position der Frostlinie und/oder die Frostlinienhöhe beeinflusst. Insbesondere sind diese genannten Größen messbar und können mit Sollgrößen verglichen werden, um zumindest einen Regelkreis aufzubauen.

Die Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, das sich vom Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 dadurch unterscheidet, dass das zumindest eine zweite Kunststoffmaterial über den Dosiertrichter 120 zuführbar und im Extruder 121 aufschmelzbar ist. Dieser zweite Schmelzestrang wird ebenfalls dem Düsenkopf zugeführt und ringförmig verteilt. Anschließend gelangt dieser Schmelzestrang in Kontakt mit dem aus dem ersten Extruder 104 stammenden und ringförmig verteilten Schmelzestrang in Kontakt, so dass eine mehrschichtige Folie entsteht, wobei die Eigenschaften der einzelnen Schichten variierbar sein können.

Es ist darauf hinzuweisen, dass auch ein Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 derart erweiterbar ist, dass mehrschichtige Folien produzierbar sind. Dabei ist, wie es bekannt ist, für jede Schicht ein Extruder vorgesehen. Die Schmelzestränge aus den einzelnen Extrudern werden anschließend ringförmig verteilt und zusammengeführt. Zumindest ein Schmelzestrang kann dabei ein Gemisch aus einem ersten Kunststoffmaterial mit variierenden Eigenschaften und zumindest ein zweites Kunststoffmaterial mit im Wesentlichen konstanten Eigenschaften umfassen, wie es im Zusammenhang mit der Figur 1 beschrieben wurde. Weitere Merkmale der Beschreibung der Figur 1 lassen sich selbstverständlich auf eine Extrusionsanlage zum Herstellen einer mehrschichtigen Folie übertragen. Ferner sind die für die Erfindung wesentlichen Merkmale, die im Zusammenhang mit den Figurenbeschreibungen für Blasfolienanlagen dargestellt worden sind, auch auf so genannte Flachfolienanlagen übertragbar. Die Unterschiede betreffen im Wesentlichen die Bauteile, die sich ab dem Düsenkopf stromabwärts befinden. Eine Schlitzdüse ist vergleichbar mit einer

Ringdüse in der Blasfolienanlage, ein Chill-Roll übernimmt sowohl das Abkühlen der Schmelze als auch das Abziehen der entstehenden Folie. Diese Funktionen werden in einer Blasfolienanlage durch eine Abzugseinrichtung und dem Kühlring bzw. der Innenkühlung bereitgestellt.

Claims

Patentansprüche Verfahren zur Herstellung einer Kunststofffolie mit einer Folienextrusionsmaschine, wobei

• zumindest zwei Kunststoffmaterialien aus zumindest zwei Vorratsbehältern einem Extruder gemeinsam oder jeweils einem Extruder zugeführt werden,

• die Kunststoffmatenalien in dem Extruder oder in den Extrudern aufgeschmolzen und als Schmelzestrang oder als Schmelzestränge in einen Düsenkopf gefördert werden,

• der Schmelzestrang oder die Schmelzestränge in dem Düsenkopf flächig verteilt und aus einer Düse des Düsenkopfs als Schmelzefilm herausgedrückt wird bzw. werden

• der Schmelzefilm und/oder die durch Abkühlung gebildete Folienbahn mit zumindest einer Abzugswalze abgezogen wird bzw. werden, dadurch gekennzeichnet,

• dass zu zumindest einer Eigenschaft zumindest eines Kunststoffmaterials und/oder zumindest eines Schmelzestrangs und/oder des Schmelzefilms und/oder der Folienbahn und/oder zu einem Maschinenparameter der Folienextrusionsmaschine mittels einer Messeinrichtung Messwerte aufgezeichnet werden und

• dass ein erstes Kunststoffmaterial ein Kunststoffmaterial mit schwankenden Materialeigenschaften und ein zweites Kunststoffmaterial ein Kunststoffmaterial mit im Wesentlichen konstanten Materialeigenschaften ist, wobei das erste und das zweite Kunststoffmaterial in einem Mengenverhältnis dem Extruder oder den Extrudern zugeführt werden, wobei in Abhängigkeit der Messwerte zu der Eigenschaft das Mengenverhältnis variiert wird. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kunststoffmaterial ein recyceltes Kunststoffmaterial ist. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu den Eigenschaften des Schmelzefilms und/oder der Folienbahn zumindest eine der folgenden Eigenschaften zählt:

• Blasenstabilität,

• Blasenform,

• Frostzonenhöhe,

• Folientemperatur,

• Foliendicke

• Abzugsgeschwindigkeit,

• Folienbreite. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu den Eigenschaften zumindest eines Schmelzestrangs zumindest eine der folgenden Eigenschaften zählt:

• Druckverlauf im Extruder,

• Temperatur der Extruderzonen,

• Dichte,

• Viskositätszahl,

• Gegendruck,

• Förderrate. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu den Eigenschaften zumindest Maschinenparameter zumindest einer der folgenden Parameter zählt:

• Einschaltdauer der Extruderzonen,

• Motordrehmoment des Extruderantriebs,

• Zu- und/oder Abfuhr der Außen- und/oder Innenkühlluft. Folienextrusionsmaschine zur Herstellung einer Kunststofffolie nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, mit

• einer an oder in dem Düsenkopf angeordneten Düse, aus welcher die zu einem Schmelzefilm umgeformten Schmelzestränge herauspressbar sind

• einer Abzugswalze, mit welcher der Schmelzefilm und/oder die durch Abkühlung gebildete Folienbahn von der Düse abziehbar ist, dadurch gekennzeichnet,

• dass eine Messeinrichtung vorgesehen ist, mit welcher zu zumindest einer Eigenschaft zumindest eines Kunststoffmatenals und/oder zumindest eines Schmelzestrangs und/oder des Schmelzefilms und/oder der Folienbahn und/oder zu einem Maschinenparameter der Folienextrusionsmaschine Messwerte aufzeichnenbar sind und dass ein erstes Kunststoffmaterial ein Kunststoffmaterial mit schwankenden Materialeigenschaften und ein zweites Kunststoffmaterial ein Kunststoffmaterial mit im Wesentlichen konstanten Materialeigenschaften ist, und dass eine Rechen- und Steuereinrichtung vorgesehen und dazu eingerichtet ist, dass das erste und das zweite Kunststoffmaterial in einem Mengen- Verhältnis dem Extruder oder den Extrudern zuführbar sind, wobei in Abhängigkeit der Messwerte zu der Eigenschaft das Mengenverhältnis variierbar ist, um Produktionsparameter der Folienextrusionsmaschine auf im Wesentlichen gleichbleibenden Werten zu halten.