DE3730043A1 - Verfahren und extrusionsanlage zum herstellen einer kunststoffbahn - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf ein Verfahren zum Herstellen einer Kunststoffbahn mit Hilfe einer Extrusionsanlage mit Kunststoffschneckenpresse, Dosierpumpe mit von der Drehzahl abhängigem Volumenstrom, Breitschlitzdüsenwerkzeug und Walzwerk mit Glättwalzen, wobei die Schmelze aus thermoplastifiziertem Kunststoff mit Hilfe der Dosierpumpe dosiert und die aus dem Breitschlitzdüsenwerkzeug austretende Schmelzbahn in dem Walzwerk gekühlt und kalibriert wird, wobei fernerhin die Umdrehungszahl der Dosierpumpe sowie die Umfangsgeschwindigkeit der Glättwalzen in Abhängigkeit voneinander eingestellt werden. Die Erfindung bezieht sich fernerhin auf eine Extrusionsanlage für die Durchführung eines solchen Verfahrens. Der Begriff Kunststoffbahn bezeichnet Kunststoffolienbahnen und Kunststoffplattenbahnen.

Im Rahmen der (aus der Praxis) bekannten gattungsgemäßen Maßnahmen erfolgt die Einstellung der Umfangsgeschwindigkeit der Glättwalzen in Abhängigkeit von der Umdrehungszahl der Dosierpumpe von Hand. Es versteht sich, daß im allgemeinen die eingestellte Umfangsgeschwindigkeit sowie die Drehzahl durch regeltechnische Maßnahmen konstant gehalten werden. Die Handeinstellung erfolgt durch einen Operateur nach Maßgabe einer Augeninspektion der abgezogenen Kunststoffbahn, wobei außerdem der Schmelzewulst vor dem Walzenspalt der Glättwalzen beobachtet wird. Die Qualität der hergestellten Kunststoffbahn in bezug auf Dicke, Dickenprofil und Oberfläche hängt von der Erfahrung des Operateurs ab. Unvermeidbare Schwankungen der Drehzahl und damit des Volumenstromes der Dosierpumpe können im laufenden Betrieb nicht berücksichtigt werden und wirken sich qualitätsbeeinträchtigend aus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Extrusionsanlage anzugeben, bei der die beschriebene Handeinstellung nicht mehr erforderlich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß mit einer Dosierpumpe gearbeitet wird, die im Dosierbereich eine im wesentlichen lineare Volumen/Drehzahl-Charakteristik aufweist und zusammen mit dem Walzwerk einem gemeinsamen computergestützten Regelsystem angehört, daß das Walzwerk in dem Regelsystem mit einer Umfangsgeschwindigkeit der Glättwalzen betrieben wird, die der Drehzahl der Dosierpumpe proportional ist, und daß über einen Rechner ein Proportionalitätsfaktor eingestellt wird, der durch die Größe gegeben ist, wobei die Größe ρ₁ die festgestellte Dichte der Schmelze im Volumenstrom, den konstanten Volumenstrom pro Umdrehung der Dosierpumpe, ρ₂ die festgestellte Dichte des Kunststoffes im Walzenspalt zwischen den Glättwalzen, S die Dicke des Walzenspaltes zwischen Glättwalzen und B die Breite der Kunststoffbahn bedeuten und in den Rechner eingeführt werden. Nach bevorzugter Ausführungsform wird mit einer pulsationsfrei arbeitenden Dosierpumpe gearbeitet. Es versteht sich, daß die vorgegebene Drehzahl der Dosierpumpe wie üblich durch regeltechnische Maßnahmen konstant gehalten werden kann. Die Größen ρ₁, ρ₂ und sind von dem jeweiligen Rohstoff, seiner Dichte, der temperaturabhängigen Viskosität in der Schmelze sowie von der Schmelztemperatur vor und hinter der Dosierpumpe abhängig. Im Rahmen der Erfindung kann zusätzlich die Dicke des Walzenspaltes gemessen und auf einen vorgegebenen Sollwert geregelt werden. Dabei wird man die gemessene Dicke des Walzenspaltes zusätzlich in den Rechner einführen.

Die Erfindung beruht auf den folgenden Erkenntnissen: Die Dosierpumpe, mit der eine Extrusionsanlage ausgerüstet ist, für die das erfindungsgemäße Verfahren bestimmt ist, fordert pro Umdrehung einen bestimmten, konstanten Volumenstrom und besitzt eine lineare Volumen/Drehzahl-Charakteristik. Der Volumenstrom steigt mit zunehmender Drehzahl n _p der Dosierpumpe linear an. Mit der Schmelzedichte ρ₁ des jeweiligen Rohstoffes ist deshalb der Massestrom bestimmbar

Bei gegebener Spaltweise S der Glättwalzen und vorgegebener Breite B der Kunststoffbahn ist mit dem durch Gleichung (1) gegebenen Massestrom die Umfangsgeschwindigkeit der Glättwalzen v _w festgelegt:

Über die Gleichungen (1) und (2) können die beiden unabhängigen Größen n _p und v _w unter Berücksichtigung der Folienabmessungen in einen Regelkreis verknüpft werden, wie es die Erfindung lehrt. Die zusätzliche automatische Messung und Verstellung der Dicke des Walzenspaltes zwischen den Glättwalzen ermöglicht eine automatisierte Betriebspunktüberwachung und Änderung ohne getrennte Einstellung und Regelung von Pumpendrehzahl, Umfangsgeschwindigkeit der Glättwalzen und Walzenspalt zwischen den Glättwalzen.

Üblicherweise ist die Herstellung dünner Kunststoffbahnen mit beispielsweise einer Dicke von kleiner 0,5 mm mit Hilfe einer Extrusionsanlage des beschriebenen Aufbaus besonders schwierig, weil mit abnehmender Dicke des Walzenspaltes zwischen den Glättwalzen exponentiell zunehmende Umformdrücke der Folienwalzenspalte auftreten. Die daraus resultierenden Kräfte führen üblicherweise zu Durchbiegungen der Glättwalzen und zu einem sogenannten Aufgehen des Walzenspaltes. Daraus resultieren störende Beeinflussungen der Dickenverteilung in der Kunststoffbahn, und zwar in Längs- und Breitenrichtung. Die beschriebenen Kräfte im Walzenspalt zwischen den Glättwalzen hängen jedoch auch von der Größe des Schmelzewulstes vor dem Walzenspalt ab. Abnehmende Dicke dieses Schmelzewulstes führt zu kleineren Spaltkräften. Durchsatzschwankungen der Kunststoffschneckenpresse verändern im Rahmen der bekannten Maßnahmen die Dicke des Schmelzewulstes, wodurch Glättfehler auftreten können. Das vermeidet die Erfindung. Setzt man eine pulsationsfrei arbeitende Dosierpumpe ein, so werden die beschriebenen störenden Einflüsse weiter minimiert.

Gegenstand der Erfindung ist auch eine Extrusionsanlage für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Kunststoffschneckenpresse, Dosierpumpe mit von der Drehzahl abhängigem Volumenstrom, Breitschlitzdüsenwerkzeug und Walzwerk mit Glättwalzen. Die erfindungsgemäße Extrusionsanlage ist dadurch gekennzeichnet, daß die Dosierpumpe und das Walzwerk einem computergestützten Regelsystem für die Umfangsgeschwindigkeit der Glättwalzen in im wesentlichen linearer Abhängigkeit von der Drehzahl der Dosierpumpe angehören, und daß das Regelsystem einen Rechner aufweist, der den Proportionalitätsfaktor bestimmt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 das Schema einer Extrusionsanlage, die für das erfindungsgemäße Verfahren eingerichtet ist,

Fig. 2 die Volumenstrom/Drehzahl-Charakteristik der Dosierpumpe aus dem Gegenstand der Fig. 1.

Die in den Figuren dargestellte Extrusionsanlage besitzt eine Kunststoffschneckenpresse 1 mit vorgeschaltetem Motor 2 und Getriebe 3, eine Dosierpumpe 4 mit Antrieb 5, die einen von der Drehzahl abhängigen Volumenstrom aufweist, ein Breitschlitzdüsenwerkzeug 6 und ein Walzwerk 7 mit zwei Glättwalzen 8 und zugeordnetem Antrieb 9.

Die Dosierpumpe 4 und das Walzwerk 7 gehören einem computergestützten Regelsystem 10 für die Umfangsgeschwindigkeit der Glättwalzen an, und zwar erfolgt die Regelung in im wesentlichen linearer Abhängigkeit von der Drehzahl der Dosierpumpe. Das Regelsystem 10 besitzt einen Regler 11 und einen Rechner 12, der den vorstehend angegebenen und abgeleiteten Proportionalitätsfaktor bestimmt. Die Dichten ρ₁ und ρ₂ sowie die anderen rohstoffabhängigen Größen werden in den Rechner 12 eingegeben. Das gilt auch für den Volumenstrom, die Dicke des Walzenspaltes und die Breite der Kunststoffbahn.

Die Fig. 2 spricht für sich.

Claims (6)

1. Verfahren zum Herstellen einer Kunststoffbahn mit Hilfe einer Extrusionsanlage mit

• Kunststoffschneckenpresse,
  Dosierpumpe mit von der Drehzahl abhängigem Volumenstrom,
  Breitschlitzdüsenwerkzeug und
  Walzwerk mit Glättwalzen.

wobei die Schmelze aus thermoplastifiziertem Kunststoff mit Hilfe der Dosierpumpe dosiert und die aus dem Breitschlitzdüsenwerkzeug austretende Schmelzebahn in dem Walzwerk gekühlt und kalibriert wird, wobei fernerhin die Umdrehungszahl der Dosierpumpe sowie die Umfangsgeschwindigkeit der Glättwalzen in Abhängigkeit voneinander eingestellt werden, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer Dosierpumpe gearbeitet wird, die im Dosierbereich eine im wesentlichen lineare Volumenstrom/Drehzahl-Charakteristik aufweist und zusammen mit dem Walzwerk einem gemeinsamen computergestützten Regelsystem angehört, daß das Walzwerk in dem Regelsystem mit einer Umfangsgeschwindigkeit der Glättwalzen betrieben wird, die der Drehzahl der Dosierpumpe proportional ist, und daß über einen Rechner ein Proportionalitätsfaktor eingestellt wird, der durch die Größe gegeben ist, wobei die Größen ρ₁ die festgestellte Dichte der Schmelze im Volumenstrom, den konstanten Volumenstrom pro Umdrehung der Dosierpumpe, ρ₂ die festgestellte Dichte des Kunststoffes im Walzenspalt zwischen den Glättwalzen, S die Dicke des Walzenspaltes zwischen den Glättwalzen und B die Breite der Kunststoffbahn bedeuten und in den Rechner eingeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer pulsationsfrei arbeitenden Dosierpumpe gearbeitet wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich die Dicke des Walzenspaltes zwischen den Glättwalzen gemessen und auf einen vorgegebenen Sollwert geregelt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gemessene Dicke des Walzenspaltes zusätzlich in den Rechner eingeführt wird.

5. Extrusionsanlage für die Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit Kunststoffschneckenpresse, Dosierpumpe mit von der Drehzahl abhängigem Volumenstrom, Breitschlitzdüsenwerkzeug und Walzwerk mit Glättwalzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosierpumpe und das Walzwerk einem computergestützten Regelsystem für die Umfangsgeschwindigkeit der Glättwalzen in im wesentlichen linearer Abhängigkeit von der Drehzahl der Dosierpumpe angehören, und daß das Regelsystem einen Rechner aufweist, der den Proportionalitätsfaktor bestimmt.