DE4013610A1 - Verfahren zum betrieb einer blasfolien-extruderanlage und fuer das verfahren eingerichtete blasfolien-extruderanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Blasfolien-Extruderanlage für die Herstellung einer Kunst­ stoffolie aus thermoplastischem Kunststoff, wobei die Blas­ folien-Extruderanlage einen Blaskopf, am Blaskopf eine Ringspaltdüse mit innerer und/oder äußerer, geschlossen umlaufender Ringspaltdüsenlippe aus Metall für den Austritt des thermoplastifizierten Kunststoffs sowie eine Einrich­ tung zum Aufblasen des Folienschlauches aufweist und wobei im Bereich der Ringspaltdüse die Dicke der Kunststoffolie nach Maßgabe von Dickenmeßwerten einer Dickenfehlerkorrek­ tur unterworfen wird. Die Erfindung betrifft fernerhin eine Blasfolien-Extruderanlage, die für das erfindungsge­ mäße Verfahren eingerichtet ist. - Es versteht sich, daß die Einrichtung zum Aufblasen des aus dem Blaskopf aus­ tretenden Folienschlauches zur Folienblase auch eine Innen­ kühlung 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 Masseverteilung 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 mittelbar 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 mittelbare 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.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß mit zumindest einer elastisch verformbaren Ringspaltdüsenlippe gearbeitet wird, daß die elastisch verformbare Ringspalt­ düsenlippe durch zumindest eines von über ihren Umfang verteilten Stellelementen, die im wesentlichen in radialer Richtung wirken, vorgespannt wird, und daß die Dickenfeh­ lerkorrektur über die elastische Verformung dieser Ring­ spaltdüsenlippe durch die in radialer Richtung wirkenden Stellelemente bewirkt wird. Im Rahmen der Erfindung wird vorzugsweise mit einer elastisch verformbaren äußeren Ring­ spaltdüsenlippe gearbeitet, weil eine äußere Ringspaltdü­ senlippe auf einfache Weise an die Stellelemente ange­ schlossen werden kann. Insbesondere bei Blasköpfen mit Ringspaltdüsen großen Durchmessers kann aber auch mit ei­ ner elastisch verformbaren inneren Ringspaltdüsenlippe gearbeitet werden. Die Kombination beider Maßnahmen ist möglich. Jedenfalls kann erfindungsgemäß bei ausreichend genauer unmittelbarer oder mittelbarer Messung des Dicken­ fehlerprofils der Kunststoffolie auf fehlerverteilende Maßnahmen, wie beispielsweise die hinundher gehende Rota­ tion des Blaskopfes und/oder einer Flachlegevorrichtung, vollkommen verzichtet werden, nichtsdestoweniger jedoch ein Coil mit einer sehr genauen Zylinderkontur erzeugt werden.

Für die Dickenfehlermessung stehen die verschiedensten Meßverfahren zur Verfügung. Handelt es sich um eine unmit­ telbare 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 Kunststoffo­ lie durchgeführt, so besteht die Möglichkeit, die Kontur des sich bildenden Coils zu messen und bei einer Abweichung dieser Kontur von der vorgegebenen Zylinderkontur die Dik­ kenfehlerkorrektur durchzuführen. Es versteht sich, daß dabei mit den üblichen rechnergestützten Meß- und Regel­ einrichtungen gearbeitet wird.

Arbeitet man nach dem erfindungsgemäßen Verfahren so ist im allgemeinen über den Umfang der elastisch verformbaren Ringspaltdüsenlippe eine Vielzahl von Stellelementen ange­ ordnet. Z. B. kann mit 50 bis 100 Stellelementen gearbei­ tet werden. Die äußere Ringspaltdüsenlippe erfährt durch die Vorspannung eine Druckvorspannung. Die innere Ring­ spaltdüsenlippe erfährt durch die Vorspannung eine Zug­ vorspannung. Jedenfalls ist die vorgespannte Ringspalt­ düsenlippe oder sind die vorgespannten Ringspaltdüsenlip­ 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 Ringspaltdüsenlippe 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 Ringspaltdüsenlippe eine positive oder eine negative Verformung sein.

Im einzelnen bestehen mehrere Möglichkeiten der weiteren Ausbildung des Verfahrens. So können die Stellelemente über den Umfang der Ringspaltdüsenlippe von Stellelement zu Stellelement oder gruppenweise unterschiedlich ver­ stellend betätigt werden. Im Rahmen der Erfindung kann mit den verschiedensten Stellelementen gearbeitet werden. Im einfachsten Fall kann mit Schrauben gearbeitet werden, die von Hand oder über zugeordnete Stellmotore zum Zwecke der Dickenfehlerkorrektur verstellt werden. Im allgemeinen wird man jedoch mit Stellelementen arbeiten, die ohne wei­ teres als Stellglieder in entsprechende Steuerungen oder Regelkreise integriert werden können. In diesem Zusammen­ hang ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß mit piezoelektrischen Stell­ elementen gearbeitet wird und daß die piezoelektrischen Stellelemente zur Einstellung der Vorspannung mit einer elektrischen Ausgangsspannung beaufschlagt werden sowie diese zur Dickenfehlerkorrektur verändert wird. Insbeson­ dere in diesem Falle empfiehlt es sich aus Symmetriegrün­ den, mit identisch gleichen Stellelementen zu arbeiten und diese äquidistant über den Umfang der zugeordneten Ringspaltdüsenlippe zu verteilen. Solche Stellelemente sind an sich und auch bei Kalibrieraggregaten bei einer Strangpreßvorrichtung für thermoplastischen Kunststoff bekannt (DE 34 27 915). Das Verhalten einer elastisch ver­ formbaren Ringspaltdüsenlippe unter dem Einfluß der nach Maßgabe des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzten und aktivierten Stellelemente kann experimentell ermittelt werden. Es ist aber auch eine genaue rechnerische Analyse mit den Hilfsmitteln der modernen theoretischen Mechanik unter Anwendung der Finite Elemente Analysis möglich. Es versteht sich, daß die über die Stellelemente bewirkten Verformungen sehr klein sind, z. B. im µ-Bereich liegen. Sie reichen aber überraschenderweise zur Dickenfehlerkor­ rektur aus. Im allgemeinen wird man die Ringspaltdüsen­ lippen so auslegen, daß sich Verformungswege 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-Extru­ sionsanlage des eingangs beschriebenen Aufbaus, die für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens einge­ richtet ist. Dabei ist zumindest eine elastisch verform­ bare Ringspaltdüsenlippe vorgesehen, wobei diese Ringspalt­ düsenlippe über ihren Umfang verteilte im wesentlichen in radialer Richtung wirkende Stellelemente aufweist und wobei diese Stellelemente als Stellglied in einer Einrich­ tung zur Dickenfehlerkorrektur einbezogen sind. Im Rahmen der Erfindung liegt es, daß die Ringspaltlippe auf ihrer dem Spaltraum abgewandten Seite verformungsbegünstigende Ausbildungen, z. B. in axialer Richtung verlaufende Nuten, aufweist. Bei dieser Blasfolien-Extruderanlage sind vor­ zugsweise die Stellelemente als piezoelektrische Stell­ elemente ausgeführt, die mit einer vorgegebenen elektri­ schen Ausgangsspannung eine vorgespannte Ausgangslage der Ringspaltdüsenlippe bzw. der Ringspaltdüsenlippen defi­ nieren, wobei die Dickenfehlerkorrektur durch unterschied­ lich positive und negative Änderungen der elektrischen Ausgangsspannung an den einzelnen Stellelementen oder an einzelnen Stellelementgruppen bewirkt wird.

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 erfindungsge­ mäße 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 erfindungsge­ mäße 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 Ringspaltdüsenlippe 4, 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 aufgewik­ 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 Ringspaltdüsenlippe 4 verteilten Stellelementen 11 einige durch Pfeile angedeutet. Aus einer vergleichen­ den Betrachtung der Fig. 1 und 2 entnimmt man, daß die Ringspaltdüsenlippe 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 Ringspaltdüsenlippe 4 bzw. deren Umfang unter dem Einfluß der Stellelemente 11 verändern kann. Dazu ist außerdem in einem vergrößerten Ausschnitt C mit starker Übertreibung durch eine 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 Ringspaltdüsenlippe 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 Ringspaltdüsen­ 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 Ringspaltdüsenlippe 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 Ringspaltdüsenlippe 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 Ringspaltdüsenlippe 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 Abschnit­ ten 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 definierte Kunststoffolie.

Auf der Ordinatenachse der mittleren grafischen Darstel­ lung in Fig. 3 sind die Dickenfehler in Prozent aufgetra­ gen. Es wurde mit der Einrichtung 10a zur Messung des Dik­ kenfehlerprofils, welches in Fig. 1 dargestellt worden ist, aufgenommen. Bezeichnet in der mittleren grafischen Darstellung die Abszissenachse die Nullinie für den Dicken­ fehler, so erkennt man im (+)-Feld Dickenplusfehler und im (-)-Feld Dickenminusfehler, die über den Umfang der Kunststoffolienblase 6 verteilt sind. Die obere der gra­ fischen 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 Dickenfehler­ korrektur. Man erkennt, daß die Dickenplusfehler und die Dickenminusfehler wesentlich kleiner geworden und bereichs­ weise praktisch ganz verschwunden sind. Um die Dickenfeh­ lerkorrektur zu erläutern, wird noch einmal auf die untere grafische Darstellung der Fig. 3 verwiesen. Die Ordinaten­ achse in dieser grafischen Darstellung gibt die elektri­ sche Ausgangsspannung an, mit der die über den Umfang ver­ teilten piezoelektrischen Stellelemente beaufschlagt wor­ den sind, und zwar in Form von Spannungsblöcken U. Auf diese Weise wurde in der Ringspaltdüsenlippe 4 eine Druck­ vorspannung erzeugt. Nach Maßgabe der Dickenfehler im Dik­ kenfehlerprofil der mittleren grafischen Darstellung der Fig. 3 wurden überlagerte negative und positive elektri­ sche Spannungen auf die Stellelemente 11 zur Einwirkung gebracht und im Ergebnis konnte die dargestellte, sehr erstaunliche Fehlerkorrektur erreicht werden.

Claims (10)

1. Verfahren zum Betrieb einer Blasfolien-Extruderanlage für die Herstellung einer Kunststoffolie aus thermoplasti­ schem Kunststoff,
wobei die Blasfolien-Extruderanlage einen Blaskopf, am Blaskopf eine Ringspaltdüse mit innerer und/oder äußerer geschlossen umlaufender Ringspaltdüsenlippe aus Metall für den Austritt des thermoplastifizierten Kunststoffes sowie eine Einrichtung zum Aufblasen der Folienblase aufweist und
wobei im Bereich der Ringspaltdüse die Dicke der Kunst­ stoffolie nach Maßgabe von Dickenmeßwerten einer Dicken­ fehlerkorrektur unterworfen wird, dadurch ge­ kennzeichnet,
daß mit zumindest einer elastisch verformbaren Ringspaltdüsenlippe gearbeitet wird,
daß die elastisch verformbare Ringspaltdüsenlippe durch zumindest eines von über ihren Umfang verteilten Stell­ elementen, die im wesentlichen in radialer Richtung wirken, vorgespannt wird, und
daß die Dickenfehlerkorrektur über die elastische Ver­ formung dieser Ringspaltdüsenlippe durch die in radialer Richtung wirkenden Stellelemente bewirkt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer elastisch verformbaren äußeren Ringspaltdüsen­ lippe gearbeitet wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer elastisch verformbaren in­ neren Ringspaltdüsenlippe gearbeitet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellelemente über den Umfang der Ringspaltdüsenlippe von Stellelement zu Stellelement oder gruppenweise unterschiedlich verstellend betätigt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit piezoelektrischen Stellelementen gearbeitet wird und daß die piezoelektrischen Stellelemen­ te zur Einstellung der Vorspannung mit einer elektrischen Ausgangsspannung beaufschlagt werden sowie diese zur Dik­ kenfehlerkorrektur verändert wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit identisch gleichen Stellelementen gearbeitet wird.

7. Blasfolien-Extruderanlage für die Durchführung des Ver­ fahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, welche den im Patentanspruch 1 beschriebenen grundsätzlichen Aufbau auf­ weist, wobei zumindest eine elastisch verformbare Ring­ spaltdüsenlippe (4) vorgesehen ist, wobei diese Ringspalt­ düsenlippe (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.

8. Blasfolien-Extruderanlage nach Anspruch 7, wobei die Einrichtung 10a, 10b, 14) zur Dickenfehlerkorrektur einen Dickenfehlerkorrektur-Rechner (14) aufweist.

9. Blasfolien-Extruderanlage nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei die Ringspaltdüsenlippe (4) auf ihrer dem Spaltraum abgewandten Seite verformungsbegünstigende Aus­ bildungen (15), z. B. in axialer Richtung verlaufende Nu­ ten, aufweist.

10. Blasfolien-Extruderanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Stellelemente (11) als piezoelektrische Stellelemente ausgeführt sind, die mit einer vorgegebenen elektrischen Ausgangsspannung eine durch Druckbeaufschla­ gung vorgespannte Ausgangslage (12) der Ringspaltdüsen­ lippe (4) definieren, und wobei die Dickenfehlerkorrektur (13) durch unterschiedlich positive oder negative Änderun­ gen der elektrischen Ausgangsspannung an den einzelnen Stellelementen (11) oder an einzelnen Stellelementgruppen bewirkt wird.