DE4013610C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Blasfolien-Extruderanlage für die Herstellung einer Kunst­ stoffolie aus thermoplastischem Kunststoff. Die Erfindung betrifft fernerhin eine Blasfolien-Extruderanlage mit einem Blaskopf mit Ringspaltdüse, die eine innere und/oder äußere, geschlossen umlaufende Düsenaustritts­ lippe aus Metall aufweist sowie eine Einrichtung zum Aufblasen des Folienschlauches. - Es versteht sich, daß die Einrichtung zum Aufblasen des aus dem Blaskopf austretenden Folienschlauches zur Folienblase auch eine Innenkühlung bewirken kann. Die Folienblase wird kontinuierlich flachgelegt und bildet die Kunststoffolie, die in Form von zwei einlagigen Bahnen oder doppellagig als flachge­ legter Folienschlauch zu einem Coil aufgewickelt wird. - Dickenfehler in der Kunststoffolie treten aus verschie­ denen Gründen auf, z. B. weil die Bauteile der Ringspalt­ düse aus fertigungstechnischen Gründen nicht vollkommen kreisförmig rund gestaltet und nicht ideal konzentrisch zueinander angeordnet werden können. Dickenfehler können aber auch auf Temperaturgradienten im Folienschlauch, un­ terschiedlicher Massenverteilung und anderen Störungen be­ ruhen. Die Dickenfehlerkorrektur ist erforderlich, weil die Weiterverarbeitung der Kunststoffolien in engen Tole­ ranzen gleiche Foliendicke verlangt, darüber hinaus aber auch, um sicherzustellen, daß die Kunststoffolien aus­ reichend genau zu einem Coil zylindrischer Kontur aufge­ wickelt werden können. In der Formulierung, daß im Bereich der Ringspaltdüse die Dicke der Kunststoffolie nach Maß­ gabe von Dickenmeßwerten einer Dickenfehlerkorrektur unter­ worfen wird, kommt zum Ausdruck daß an dieser Stelle auf den Folienschlauch Einfluß genommen wird und folglich die Dicke der Kunststoffolie unmittelbar über den Folienschlauch beeinflußt wird.

Zur Ermittlung der Dickenfehler kann eine entsprechende Messung am Folienschlauch oder unmittelbar an der Kunst­ stoffolie vor dem Aufwickeln der Kunststoffolie zum Coil durchgeführt werden, es kann aber auch eine unmittelbare Ermittlung erfolgen und dazu die Kontur des sich bilden­ den Coils vermessen werden.

Bei dem bekannten Verfahren, von dem die Erfindung ausgeht (DE 29 50 003, DE 30 02 903), wird das temperaturabhängige rheologische Verhalten des Folienschlauches zum Zwecke der Dickenfehlerkorrektur ausgenutzt. Es erfolgt eine be­ reichsweise unterschiedliche Kühlung oder Aufheizung. Da­ zu ist der Blaskopf im Bereich der Ringspaltdüse in Tempe­ riersektoren aufgeteilt, die von der Einrichtung zur Mes­ sung des Dickenfehlerprofils über einen Rechner gesteuert werden. Das beeinflußt störend die optische Qualität der hergestellten Kunststoffolien. Darüber hinaus ist der er­ reichte Korrektureffekt in erheblichem Maße verbesserungs­ bedürftig. Zumeist muß zusätzlich beim Aufwickeln der Kunststoffolie zum Coil eine Fehlerverteilung durchgeführt werden. Um diese zu erreichen, wird entweder der Blaskopf mit der Ringspaltdüse in eine zumeist hinundher drehende periodische Bewegung versetzt und/oder es wird die soge­ nannte Flachlegevorrichtung entsprechend periodisch be­ wegt. Das ist aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs beschriebene Verfahren so zu führen, daß eine gegenüber den bekannten Maßnahmen wesentlich verbesserte Dickenfeh­ lerkorrektur erreichbar ist. Der Erfindung liegt fernerhin die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, die für die Durchführung des Verfahrens besonders geeignet ist.

Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren zum Betrieb einer Blasfolien-Extruderanlage für die Herstellung einer Kunststoffolie aus thermoplastischem Kunststoff, wobei die Blasfolien-Extruderan­ lage einen Blaskopf mit Ringspaltdüse, die mit einer inneren und äußeren, geschlossen umlaufenden Düsenaustrittslippe aus Metall versehen ist, und eine Einrichtung zum Aufblasen des Folien­ schlauches aufweist, wobei mit zumindest einer elastisch verform­ baren Düsenaustrittslippe gearbeitet wird, wobei diese Düsenaus­ trittslippe im Ruhezustand mit Hilfe von in radialer Richtung wir­ kenden Stellelementen, die einer Steuer- und Regeleinrichtung für eine Dickenfehlerkorrektur angehören, unter Vorspannung gesetzt wird, und wobei die Dickenfehlerkorrektur nach Maßgabe von Dickenmeßwerten an der Kunststoffolie durch Änderung der Vorspan­ nung eine positive oder negative Verformung der Düsenaustritts­ lippe bewirkt. - Bei der Herstellung stranggepreßter Formkörper ist es bekannt, einen elastisch deformierbaren Ring einzusetzen, der die Aufgabe hat, entsprechende Orientierungen in die Kunststoffschmelze einzubringen (DE-OS 26 54 001). Dieser Ring wird jedoch nicht vor­ gespannt und ist somit auch nicht in der Lage, in einem Minusbe­ reich infolge der Vorspannung überzuwechseln.

Es versteht sich, daß für die Dickenfehlermessung die verschie­ densten bekannten Meßverfahren zur Verfügung stehen. Handelt es sich um eine unmittelbare Dickenfehlermessung an der Kunststoffolie, so kann mit Durchstrahlungsmessung gearbeitet werden. Man kann aber auch mit Temperaturmessungen im Bereich des aus der Ringspaltdüse austretenden Folienschlauches arbeiten. Wird eine mittelbare Messung des Dickenfehlers der Kunststoffolie durchgeführt, so besteht die Möglichkeit, die Kontur des sich bildenden Coils zu messen und bei einer Abweichung dieser Kontur von der vorgegebenen Zylinderkontur die Dickenfehlerkorrektur durchzu­ führen. Es versteht sich, daß dabei mit den üblichen rechnerge­ stützten Meß- und Regeleinrichtungen gearbeitet wird.

Arbeitet man nach dem erfindungsgemäßen Verfahren so ist im all­ gemeinen über den Umfang der elastisch verformbaren Düsenaus­ trittslippe eine Vielzahl von Stellelementen angeordnet. Z. B. kann mit 50 bis 100 Stellelementen gearbeitet werden. Die äußere Düsen­ austrittslippe erfährt durch die Vorspannung eine Druckvorspannung. Die innere Düsenaustrittslippe erfährt durch die Vorspannung eine Zug­ vorspannung. Jedenfalls ist die vorgespannte Düsenaus­ trittslippe oder sind die vorgespannten Düsenaustrittslip­ pen auf den Stellelementen gleichsam gelagert, und zwar im Sinne der Statik und in der Abwicklung betrachtet wie ein Durchlaufbalken. Die Erfindung beruht auf der Erkennt­ nis, daß eine so angeordnete und statisch abgestützte ela­ stisch verformbare Düsenaustrittslippe ohne Störung der Gesamtzusammenhänge bereichsweise dickenfehlerkorrigierend verformt werden kann, indem das zur Fehlerkorrektur zu­ sätzlich betätigte Stellelement entsprechend verstellt wird. Diese Verformung kann, bezogen auf die Ringspalt­ dicke, an jeder Düsenaustrittslippe eine positive oder eine negative Verformung sein.

Das Verhalten einer elastisch verformbaren Düsenaustrittslippe unter dem Einfluß der nach Maßgabe des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzten und aktivierten Stellelemente kann experimentell er­ mittelt werden. Es ist aber auch eine genaue rechnerische Analyse mit dem Hilfsmitteln der modernen theoretischen Mechanik unter An­ wendung der Finite Elemente Analysis möglich. Es versteht, daß die über die Stellemente bewirkten Verformungen sehr klein sind, z. B. im µm-Bereich liegen. Sie reichen aber überraschenderweise zur Dickenfehlerkorrektur aus. Im allgemeinen wird man die Düsen­ austrittslippen so auslegen, daß sich Verformungen bis zu 200 µm erreichen lassen, was bei einer Ringspaltweite von etwa einem Millimeter eine 20%ige Einflußnahme auf die Dicken­ toleranzen ermöglicht.

Gegenstand der Erfindung ist auch eine Blasfolien-Extrusionsanlage des eingangs beschriebenen Aufbaus, die für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders geeignet ist. Sie ist Gegen­ stand der Patentansprüche 2 bis 4.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführ­ licher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 das Schema einer Anlage, die für das Verfahren zum Betrieb der Anlage eingerichtet ist,

Fig. 2 im gegenüber der Fig. 1 wesentlich vergrößerten Maßstab einen Schnitt in Richtung A-A durch den Gegenstand nach Fig. 1 mit Ringspaltdüse und Stell­ elementen,

Fig. 3 eine grafische Darstellung, die das Verfahren erläutert.

Die in Fig. 1 dargestellte Blasfolien-Extruderanlage ist für die Herstellung einer Kunststoffolie aus thermoplasti­ schem Kunststoff eingerichtet. Die Blaskopf-Extruderanlage besitzt einen Extruder 1, einen Blaskopf 2, im Blaskopf 2 eine kreisförmige Ringspaltdüse 3 mit umfangsgeschlosse­ ner äußerer Düsenaustrittslippe, die vorzugsweise aus Stahl besteht. Die Ringspaltdüse 3 ist für den Austritt des thermoplastischen Folienschlauches 5 eingerichtet. Eine Einrichtung zum Aufblasen des Folienschlauches 5 zur Schlauchfolienblase 6, die gleichzeitig einen Innenluft­ austausch und damit eine Innenkühlung bewirkt, ist vorge­ sehen. - Die Schlauchfolienblase 6 wird im Ausführungsbei­ spiel über eine Flachlegeeinrichtung 7 zusammengedrückt, in zwei Kunststoffolienbahnen 8 aufgeteilt, von denen die rechte gezeichnet ist. Sie wird zu einem Coil 9 aufgewic­ kelt, welches eine praktisch vollständige zylindrische Gestalt aufweist. Dazu sind besondere Maßnahmen verwirk­ licht. Man erkennt eine Einrichtung 10a zur Messung des Dickenfehlerprofils an der Schlauchfolienblase 6, zusätz­ lich erfolgt bei 10b eine Messung der Kontur des Coils 9 zum Zwecke der Feststellung von Abweichungen von der Zylinderform. Im Bereich der Ringspaltdüse 3 wird nach Maßgabe der Meßwerte des Dickenfehlerprofils eine Dicken­ fehlerkorrektur durchgeführt, und zwar mit besonderen Stellelementen 11.

In Fig. 2 sind von den zahlreichen über den Umfang der äußeren Düsenaustrittslippe 4 verteilten Stellelementen 11 einige durch Pfeile angedeutet. Aus einer vergleichen­ den Betrachtung der Fig. 1 und 2 entnimmt man, daß die Düsenaustrittslippe 4 verformbar eingerichtet ist. Dazu ist in der Fig. 2 in einem vergrößerten Ausschnitt B durch eine strichpunktierte Linie 12 verdeutlicht worden, daß sich der Durchmesser der Düsenaustrittslippe 4 bzw. deren Umfang unter dem Einfluß der Stellelemente 11 verändern kann. Dazu ist außerdem in einem vergrößerten Ausschnitt C mit starker Übertreibung durch die strichpunktierte Linie 13 verdeutlicht worden, daß auch bereichsweise ent­ sprechende Verformungen möglich sind. Die Verformungen sind wegen der Vorspannung so möglich, daß sie die Dicke des Ringspaltes vergrößern oder verkleinern. Zur Erzeugung der Vorspannung sind an die Düsenaustrittslippe 4 über deren Umfang verteilt die im wesentlichen in radialer Rich­ tung wirkenden Stellelemente 11 angeschlossen und akti­ viert. Die Einrichtungen 10a, 10b zur Messung des Dicken­ fehlerprofils arbeitet über einen Dickenfehlerkorrektur- Rechner 14 auf die Stellelemente 11. Die Düsenaustritts­ lippe 4 kann auf ihrer dem Spaltraum abgewandten Außen­ seite verformungsbegünstigende Ausbildungen, nämlich in axialer Richtung verlaufende Nuten 15 aufweisen, wie es in der Fig. 2 in einem Bereich angedeutet wurde.

Die Stellelemente 11 mögen im Ausführungsbeispiel als piezoelektrische Stellelemente ausgeführt sein. Sie defi­ nieren im Ausführungsbeispiel mit einer vorgegebenen elek­ trischen Ausgangsspannung eine durch Druckbeaufschlagung vorgespannte Ausgangslage der Düsenaustrittslippe 4. Diese Druckbeaufschlagung erfolgt in radialer Richtung und ist in Fig. 2 durch radial nach innen weisende Pfeile 16 an den Stellelementen 11 angedeutet worden. Die Dickenfehler­ korrektur erfolgt durch unterschiedliche positive und ne­ gative Änderungen der elektrischen Ausgangsspannung an den einzelnen Stellelementen 11 oder an einzelnen Stell­ elementengruppen. Diese Änderungen bewirken Änderungen der Druckbeaufschlagung der Düsenaustrittslippe 4, die der Druckvorspannung überlagert sind und in der Fig. 2 durch dünn ausgezogene Doppelpfeile 17 angedeutet sind. So entstehen bereichsweise Verformungen, welche die Dicken­ fehlerkorrektur bewirken.

In der Fig. 3 erkennt man eine untere grafische Darstel­ lung. Die Abszissenachse entspricht in ihrer Länge einer Abwicklung der Düsenaustrittslippe 4. Über ihren Umfang verteilt ist eine Vielzahl von piezoelektrischen Stellele­ menten 11 angeordnet, also wesentlich mehr, als in der Fig. 2 dargestellt worden sind, entsprechend den Abschnitten der Abszissenachse. Die mittlere grafische Darstellung in der Fig. 3 verdeutlicht das Dickenfehlerprofil über die Breite der gesamten, der Ringspaltdüse 3 zugeordneten durch die Schlauchfolienblase 6 definierten Kunststoffolie. Auf der Ordinatenachse der mittleren grafischen Darstel­ lung in Fig. 3 sind die Dickenfehler 10a zur Messung des Dickenfehlerprofils, welches in Fig. 1 dargestellt worden ist, aufgenommen. Bezeichnet in der mittleren grafischen Darstellung die Abszissenachse die Nullinie für den Dickenfehler, so erkennt man im (+)-Feld Dickenplusfehler und im (-)-Feld Dicken­ minusfehler, die über den Umfang der Kunststoffolienblase 6 verteilt sind. Die obere der grafischen Darstellungen in Fig. 3 stimmt in bezug auf die Abszissenachse und die Ordinatenachse mit der mittleren grafischen Darstellung in Fig. 3 überein. Sie verdeutlicht die nach der Lehre der Erfindung erreichte Dickenfehlerkorrektur. Man erkennt, daß die Dickenplusfehler und die Dickenminusfehler wesentlich kleiner geworden und bereichsweise praktisch ganz ver­ schwunden sind. Um die Dickenfehlerkorrektur zu erläutern, wird noch einmal auf die untere grafische Darstellung der Fig. 3 verwiesen. Die Ordinatenachse in dieser grafischen Darstellung gibt die elektrische Ausgangsspannung an, mit der die über den Umfang verteilten piezoelektrischen Stellelemente beaufschlagt worden sind, und zwar in Form von Spannungsblöcken U. Auf diese Weise wurde in der Düsenaustrittslippe 4 eine Druckvorspannung erzeugt. Nach Maßgabe der Dickenfehler im Dickenfehlerprofil der mittleren gra­ fischen Darstellung der Fig. 3 wurden überlagerte negative und positive elektrische Spannungen auf die Stellelemente 11 zur Ein­ wirkung gebracht und im Ergebnis konnte die dargestellte, sehr erstaunliche Fehlerkorrektur erreicht werden.

Claims (4)

1. Verfahren zum Betrieb einer Blasfolien-Extruderanlage für die Herstellung einer Kunststoffolie aus thermoplastischem Kunststoff,
wobei die Blasfolien-Extruderanlage einen Blaskopf mit Ringspalt­ düse, die mit einer inneren und/oder äußeren, geschlossen umlau­ fenden Düsenaustrittslippe aus Metall versehen ist, und eine Ein­ richtung zum Aufblasen des Folienschlauches aufweist,
wobei mit zumindest einer elastisch verformbaren Düsenaustritts­ lippe gearbeitet wird,
wobei diese Düsenaustrittslippe im Ruhezustand mit Hilfe von in radialer Richtung wirkenden Stellelementen, die einer Steuer- und Regeleinrichtung für die Dickenfehlerkorrektur angehören, unter Vorspannung gesetzt wird, und
wobei zur Dickenfehlerkorrektur nach Maßgabe von Dickenmeßwerten an der Kunststoffolie durch Änderung der Vorspannung eine positive oder negative Verformung der Düsenaustrittslippe bewirkt wird.

2. Blasfolien-Extruderanlage für die Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Blaskopf (2) mit Ringspaltdüse (3), die eine innere und/oder äußere, geschlossen umlaufende elastisch ver­ formbare Düsenaustrittslippe (4) aus Metall aufweist und mit einer Einrichtung zum Aufblasen des Folienschlauches (5), wobei die Düsenaustrittslippe (4) über ihren Umfang verteilte, im wesentlichen in radialer Richtung wirkende Stellelemente (11) aufweist und wobei diese Stellelemente (11) als Stellglieder in eine Einrichtung zur Dickenfehlerkorrektur einbezogen sind.

3. Blasfolien-Extruderanlage nach Anspruch 2, wobei die Düsenaus­ trittslippe auf ihrer dem Spaltraum abgewandten Seite verfor­ mungsbegünstigende Ausbildungen (15), z. B. in axialer Richtung ver­ laufende Nuten, aufweist.

4. Blasfolien-Extruderanlage nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei die Stellelemente (11) als piezoelektrische Stellelemente aus­ geführt sind, die mit einer vorgegebenen elektrischen Ausgangs­ spannung eine durch Druckbeaufschlagung vorgespannte Ausgangs­ lage (12) der Düsenaustrittslippe (4) definieren, und wobei die Dickenfehlerkorrektur (13) durch unterschiedlich positive oder nega­ tive Änderungen der elektrischen Ausgangsspannung an den ein­ zelnen Stellelementen (11) oder an einzelnen Stellelementgruppen bewirkbar ist.