DE3920194A1 - Verfahren und vorrichtung zur feinkorrektur des dickenprofils einer folienblase bei der blasfolienherstellung - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur feinkorrektur des dickenprofils einer folienblase bei der blasfolienherstellungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Feinkorrektur des Dickenprofils einer
Folienblase gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei herkömmlichen Verfahren zur Blasfolienherstellung ergeben sich relativ
große Dickenabweichungen der Folien, die je nach Foliendicke und Qualität der
Herstellungsanlage bis zu 20% betragen können. Diese Dickenabweichungen ha
ben vielfältige Ursachen, beispielweise die Inhomogenität der Schmelze, Tem
peraturdifferenzen in der Schmelze und somit im Werkzeug sowie mechanische
Fehler und Justagefehler des Werkzeugs und des Kühlrings. Es ist bekannt, die
Foliendicke dadurch zu steuern, daß die Flußgeschwindigkeit der Schmelze in
nerhalb des Werkzeugs durch gezielte Heizung oder Kühlung des Werkzeugs in
bestimmten Umfangsbereichen verändert wird. Die entsprechenden Vorrich
tungen und Werkzeuge sind jedoch sehr aufwendig, und ein nach diesem Verfah
ren arbeitendes Regelsystem zur Korrektur der Foliendicke ist relativ träge, da
bei der Heizung und Kühlung der Werkzeugbereiche große Verzögerungszeiten
auftreten.
Aus der DE-PS 36 27 129 ist ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt,
bei dem die Foliendicke durch Steuerung des Kühlluftstroms beeinflußt wird. Bei
diesem Verfahren wird der Umstand ausgenutzt, daß heißere Bereiche der Fo
lienblase in der Kühlzone zwischen der Düse und der Frostgrenze aufgrund der
geringeren Viskosität der Schmelze stärker verstreckt werden als kühlere Be
reiche, so daß sich die Dicke der Folie durch intensivere Kühlung erhöhen und
durch schwächere Kühlung verringern läßt. Zur Steuerung des Kühlluftstromes
sind eine Vielzahl von Stiften nahe des Luftaustritts auf dem Umfang des Kühl
rings verteilt, und der Strömungwiderstand in den einzelnen Umfangsbereichen
des Kühlrings wird variiert, indem die als Störkörper für die Kühlluftströmung
wirkenden Stifte mehr oder weniger weit ausgefahren werden. Die Wirkung sol
cher Störkörper auf die Kühlluftströmung wird beschrieben in Pleßke: Schlauch
folienkühlung - Entwicklungsstand und Auswirkung von Fehlern auf die Folien
qualität in "Kunststoffe" 69, Jahrgang 1979, Heft 4, Seiten 208 bis 214.
Bei diesem Verfahren kommt es aufgrund der Verwirbelung der Kühlluft an den
Störstiften zu relativ scharfen Maxima und Minima in der Umfangsverteilung des
Kühlluftdurchsatzes, so daß es schwierig ist, ein gleichmäiges Dickenprofil der
Folie einzustellen. Darüber hinaus wird durch die Störkörper insgesamt der
Strömungswiderstand des Kühlringes erhöht, so daß die Kühlleistung abnimmt
und die Folien-Erzeugungsrate entsprechend zurückgenommen werden muß.
Ein weiteres Problem besteht darin, daß die Kühlluftdurchsätze in den verschie
denen Umfangsbereichen des Kühlringes voneinander abhängig sind, so daß bei
einer Erhöhung des Strömungswiderstandes und Verringerung des Luftdurch
satzes in einem Umfangsbereich eine Erhöhung des Luftdurchsatzes in den be
nachbarten Umfangsbereichen auftritt. Wenn die Einstellung der Störkörper in
einem geschlossenen Regelkreis erfolgt, so neigt das Regelsystem aufgrund der
gegenseitigen Beeinflussung der Kühlluftströmungen zu Schwingungen, und das
Regelsystem wird instabil.
In der oben genannten DE-PS 36 27 129 wird außerdem als Stand der Technik
ein Verfahren erwähnt, bei dem der Kühlring in einzelne Segmente unterteilt
ist, so daß die Kühlluftdurchsätze in den einzelnen Segmenten unabhängig von
einander gesteuert werden können. An diesem Stand der Technik wird jedoch
kritisiert, daß die Aufteilung der Segmente für eine Feinkorrektur des Dicken
profils der Folie zu grob sei. Außerdem tritt auch bei einer solchen Segmentie
rung des Kühlrings das Problem auf, daß durch die Trennwände zwischen den
einzelnen Segmenten die Kühlluftströmung gestört wird und lokale Abweichun
gen der Foliendicke verursacht werden. Da für eine wirksame Kühlung der Fo
lienblase insgesamt ein hoher Kühlluftdurchsatz benötigt wird, ist es zudem
schwierig, den Luftdurchsatz in den einzelnen Segmenten so fein und mit so kur
zer Ansprechzeit zu steuern, wie dies für eine Feinkorrektur des Dickenprofils
erforderlich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kühlluftströmung derart zu steu
ern, daß eine unabhängige, feinfühlige und schnelle Änderung der Kühlwirkung
in den einzelnen Umfangsbereichen der Folienblase ermöglicht wird und extre
me örtliche Schwankungen der Kühlwirkung vermieden werden.
Erfindungsgemäße Lösungen dieser Aufgabe sind in den unabhängigen Verfah
rensansprüchen 1 und 7 und in dem Vorrichtungsanspruch 8 angegeben.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, daß man mit Hilfe eines übli
chen Kühlrings einen Haupt-Kühlluftstrom erzeugt, bei dem die Strömungsge
schwindigkeit der Luft auf dem gesamten Umfang der Folienblase möglichst ein
heitlich ist, und daß man gezielte örtliche Veränderungen der Kühlwirkung da
durch erzielt, daß über einen gesonderten Luftspalt entweder zusätzliche Kühl
luft abgegeben oder ein Teil der Haupt-Kühlluft abgesaugt wird. Das sehr lei
stungsfähige und entsprechend träge Kühlluftgebläse zur Erzeugung des Haupt
Kühlluftstroms kann folglich mit einer konstanten Grundlast betrieben werden,
während die Strömungen in den einzelnen Umfangsabschnitten des zusätzli
chen Luftspaltes aufgrund des geringeren Durchsatzes rasch variiert werden
können, so daß eine feinfühlige Steuerung der Umfangsverteilung der Gesamt-
Kühlluftströmung ermöglicht wird. Durch den gleichmäßigen Haupt-Kühlluft
strom werden zudem die Durchsatzunterschiede zwischen den einzelnen Um
fangsabschnitten des zusätzlichen Luftspaltes zu einem gewissen Grad ver
wischt, so daß übermäße Störungen des Gesamt-Kühlluftstromes und sprunghaf
te örtliche Änderungen der Kühlwirkung vermieden werden.
Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren keine spezielle Gestaltung des zur Er
zeugung des Haupt-Kühlluftstromes dienenden Kühlringes erforderlich ist, läßt
sich das Verfahren durch entsprechende Nachrüstung auch bei bestehenden
Blasfolienanlagen verwirklichen.
Das Verfahren nach Anspruch 1 hat zudem den Vorteil, daß durch die Zugabe zu
sätzlicher Kühlluft die Kühlwirkung insgesamt verbessert und eine entspre
chende Leistungssteigerung der Anlage ermöglicht wird. Die Steigerung der
Kühlleistung wird nicht zuletzt dadurch erreicht, daß die Luftströmung durch
das Einblasen der zusätzlichen Kühlluft in den Haupt-Kühlluftstrom stärker ver
wirbelt wird. Die zunächst turbulente, aufwärts gerichtete Haupt-Kühlluftströ
mung geht normalerweise aufgrund der abnehmenden Strömungsgeschwindig
keit nach oben hin allmählich in eine laminare Strömung über, so daß die Kühl
wirkung nach oben hin stark abnimmt. Durch die Zugabe der zusätzlichen Kühl
luft in geeigneter Höhe können erneut Turbulenzen erzeugt werden, so daß sich
der wirksame Kühlbereich vergrößert. Die Änderung der Kühlwirkung wird so
mit ohne starke Änderung der Strömungsgeschwindigkeit und des Druckes er
reicht, so daß eine stabile Blasenlage gewährleistet werden kann.
Die Steigerung der Kühlwirkung kann nicht nur durch Änderung des Durchsat
zes der über den zusätzlichen Luftspalt zugeführten Kühlluft, sondern alternativ
oder zusätzlich auch durch segmentweise Änderung des Anströmwinkels der
Zusatzkühlluft gesteuert werden. Wahlweise kann auch die Position der einzel
nen Segmente relativ zur Folienblase in vertikaler oder radialer Richtung variiert
werden.
Eine weitere Steigerung der Empfindlichkeit bei der Steuerung der Umfangs
verteilung der Kühlwirkung läßt sich dadurch erreichen, daß über den zusätzli
chen Luftspalt vorgekühlte Luft zugeführt wird. In diesem Fall läßt sich die Um
fangsverteilung der Kühlwirkung auch durch segmentweise Änderung der Tem
peratur der Zusatzkühlluft steuern. Diese Lösung läßt sich konstruktiv beispiels
weise dadurch verwirklichen, daß den einzelnen Segmenten des zusätzlichen
Luftspaltes über Mischventile gekühlte und ungekühlte Luft in unterschiedli
chen Anteilen zugeführt wird oder daß eine Kühlflüssigkeit in die Zusatzluftströ
mung eingesprüht wird.
Wahlweise können anstelle von Luft auch andere Kühlgase mit unterschiedlichen
Wärmekapazitäten verwendet werden, so daß sich die Umfangsverteilung der
Kühlwirkung auch über die Zusammensetzung des Gasgemisches steuern läßt.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Lösungen besteht weiterhin
darin, daß durch die getrennte Zufuhr der Kühlluft oder des Kühlgases zu den
einzelnen Segmenten des zusätzlichen Luftspaltes bzw. durch die getrennte Ab
saugung der Luft in den einzelnen Segmenten eine gegenseitige Beeinflussung
der Zusatz-Kühlluftströmungen vermieden wird. Hierdurch wird eine stabile Re
gelung des Dickenprofils in einem geschlossenen Regelkreis ermöglicht.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den ab
hängigen Patentansprüchen angegeben.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand
der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch eine Blasfolienanlage
mit einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung;
Fig. 2 eine Grundrißskizze der Kühlvorrichtung gemäß Fig. 1;
Fig. 3 einen Schnitt durch eine Kühlvorrichtung gemäß einem
abgewandelten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
Fig. 4(A)-(C) Grafiken zur Veranschaulichung der Geschwindigkeits
verteilung der Kühlluftströmung in einzelnen Segmen
ten der Kühlvorrichtung.
Bei einer Blasfolienanlage gemäß Fig. 1 wird Schmelze 9 aus einem ringförmi
gen Austrittsspalt eines Werkzeugs 8 ausgepreßt, so daß eine schlauchförmige
Folienblase 10 gebildet wird. Das Werkzeug ist von einem Kühlring 1 umgeben, in
dem ein Haupt-Kühlluftstrom 2 gleichförmig über den Umfang verteilt und am
radial inneren Ende über einen aufwärts gerichteten Austrittsspalt abgegeben
wird, so daß die Folienblase 10 mit Kühlluft angeblasen wird. Die Geschwindig
keitsverteilung der Kühlluftströmung 6 am Umfang der Folienblase 10 ist in Fig.
1 durch Pfeile und Verteilungskurven symbolisiert.
Auf der oberen Oberfläche des Kühlrings 1 ist auf Sockeln 13 ein Zusatzkühlring
3 montiert, durch den über einen im wesentlichen radial gerichteten Austritts
spalt 20 zusätzliche Kühlluft 4 in den Haupt-Kühlluftstrom 6 eingeblasen wird. Da
die zusätzliche Kühlluft 4 eine relativ große Querkomponente in bezug auf den
Haupt-Kühlluftstrom aufweist, werden in der Kühlluftströmung am Umfang der
Folienblase 10 Turbulenzen erzeugt oder verstärkt, so daß die an der Blasenober
fläche erwärmte Luft schneller abgeführt und die Kühlwirkung gesteigert wird.
Der durch die Sockel 13 gebildete Zwischenraum zwischen dem Kühlring 1 und
dem Zusatzkühlring 3 ermöglicht es, daß an der Abrißkante am Austrittsspalt des
Kühlringes 1 zusätzliche Luft angesaugt werden kann.
Gemäß Fig. 2 ist der Zusatzkühlring 3 durch radiale Trennwände 17 in eine
Vielzahl einzelner Segmente 19 unterteilt, und für jedes einzelne Segment ist
ein gesondertes Radialgebläse 7 zur Erzeugung der Zusatz-Kühlluftströmung
vorgesehen. Jedes der Radialgebläse 7 wird gesondert durch einen elektronisch
kommutierten Elektromotor angetrieben, der eine schnelle und genaue Steue
rung der Drehzahl und somit des Kühlluft-Durchsatzes in dem betreffenden Seg
ment gestattet.
Optische Dickensensoren 11 sind in Abstand oberhalb des Zusatzkühlringes 3
am Umfang der Folienblase 10 angeordnet. Mit Hilfe dieser Dickensensoren wird
die Dicke der Folie in den einzelnen Umfangsbereichen der Folienblase optisch
gemessen und ein entsprechendes Dickensignal an eine Steuereinheit 12 über
mittelt. Durch die Steuereinheit 12 werden die einzelnen Radialgebläse 7 unab
hängig voneinander angesteuert. Der Kühlluftdurchsatz in den einzelnen Seg
menten 19 des Zusatzkühlringes 3 beeinflußt die Kühlwirkung und damit die
Verstreckung der Folienblase 10 in den einzelnen Umfangsbereichen, und die
sich so ergebende Foliendicke wird durch die Dickensensoren 11 als Rückkopp
lungssignal an die Steuereinheit 12 zurückgemeldet, so daß das Dickenprofil der
Folienblase 10 in einem geschlossenen Kreis geregelt wird. Anstelle mehrerer
Dickensensoren kann auch ein einziger in Umfangsrichtung bewegbarer Sensor
vorgesehen sein.
Die im Inneren des Zusatzkühlrings 3 angeordneten radialen Trennwände 17
reichen bis zu einer in Fig. 2 mit dem Bezugszeichen 18 bezeichneten Kreislinie
in unmittelbarer Nähe des Austrittsspaltes 20, so daß die mit Hilfe der einzelnen
Radialgebläse 7 erzeugten Kühlluftströmungen sich nicht gegenseitig beeinflus
sen. Erst unmittelbar vor dem Austrittsspalt 20 vereinigen sich die Kühlluftströ
me 4 der einzelnen Segmente, und durch eine Staustufe 5, die durch labyrinthar
tig angeordnete Rippen gebildet wird, wird die Geschwindigkeitsverteilung der
Kühlluftströmung geglättet. Die Wirkung der Staustufe 5 ist in Fig. 4(A) bis (C)
illustriert. Fig. 4(C) zeigt drei Segmente 19, in denen die Zusatz-Kühlluftströ
mungen 4 jeweils unterschiedliche Geschwindigkeiten aufweisen, wie durch
Pfeile unterschiedlicher Länge veranschaulicht wird. Fig. (B) zeigt die entspre
chende Geschwindigkeitsverteilung der Kühlluftströmung in Umfangsrichtung
x des Kühlrings vor der Staustufe 5. In Fig. 4(A) ist die geglättete Geschwindig
keitsverteilung am Austrittsspalt 20 dargestellt. Durch geeignete Ansteuerung
der Radialgebläse 7 lät sich so die Strömungsgeschwindigkeit der Zusatz-Kühl
luft 4 am Austrittsspalt 20 örtlich variieren, ohne daß abrupte Sprünge in der Ge
schwindigkeitsverteilung auftreten. Auf diese Weise wird eine gleichmäßige und
genaue Regelung des Dickenprofils der Folienblase ermöglicht.
Fig. 3 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform des Zusatzkühlrings 3. Bei die
ser Ausführungsform ist jedes Segment des Zusatzkühlrings mit einer gesonder
ten Spaltdüse 16 versehen, die über eine flexible Kupplung 14 mit dem Hauptteil
des Zusatzkühlrings 3 verbunden ist. Mit Hilfe eines Stellgliedes 15 läßt sich der
Anstellwinkel der Spaltdüse 16 und damit das Ausmaß der in dem Haupt-Kühl
luftstrom erzeugten Turbulenzen variieren. Bei dieser Ausführungsform kann so
mit die Kühlwirkung allein oder zusätzlich mit Hilfe des Anstellwinkels der
Spaltdüsen 16 der einzelnen Segmente beeinflußt werden.
Claims (14)
1. Verfahren zur Feinkorrektur des Dickenprofils einer Folienblase (10) bei der
Blasfolienherstellung, bei dem die Kühlgasströmung (6) in einzelnen Umfangs
bereichen der Folienblase variiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß man
einen Teil (4) des Kühlgases über eine gesonderte Ringdüse (3) zuführt, die in
Umfangsrichtung der Folienblase eine Vielzahl separat gespeister Segmente
(16; 19) aufweist, und daß man die Zufuhr des Kühlgases (4) über die gesonderte
Ringdüse segmentweise steuert oder regelt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchsatz
des Kühlgases (4) in den einzelnen Segmenten (16; 19) variiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der An
strömwinkel (ϕ), mit dem das Kühlgas (4) aus den einzelnen Segmenten der
Ringdüse abgegeben wird, und/oder die Position der einzelnen Segmente rela
tiv zur Folienblase variiert wird.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß man die Temperatur des über die einzelnen Segmente der Ring
düse abgegebenen Kühlgases variiert.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß man die Zusammensetzung des über die einzelnen Segmente
der Ringdüse zugeführten Kühlgases variiert.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß man die Dicke der Folienblase oberhalb der Einfriergrenze in
verschiedenen Umfangsbereichen abtastet und die Zufuhr des Kühlgases über
die einzelnen Segmente der gesonderten Ringdüse in Abhängigkeit von den ge
messenen Foliendicken regelt.
7. Verfahren zur Feinkorrektur des Dickenprofils einer Folienblase (10) bei der
Blasfolienherstellung, bei dem die Kühlgasströmung (6) in einzelnen Umfangs
bereichen der Folienblase variiert wird, insbesondere nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß man einen Teil des zugeführten Kühlgases am Umfang
der Folienblase absaugt und die Saugleistung in einzelnen Umfangsbereichen der
Folienblase getrennt steuert oder regelt.
8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden
Ansprüche, mit einem die Folienblase (10) umgebenden Haupt-Kühlring (1),
gekennzeichnet durch einen in Umfangsrichtung der Folienblase in einzel
ne Segmente (3) unterteilten, die gesonderte Ringdüse bildenden Zusatzkühl
ring (3), dessen Austrittsspalt (20) in den von dem Haupt-Kühlring (1) abgegen
ben Kühlgasstrom (6) mündet, und durch den einzelnen Segmenten (16; 19) des
Zusatzkühlrings zugeordnete Förder- oder Stellmittel (7; 15), mit denen die
Kühlgasströme (4) in den einzelnen Segmenten des Zusatzkühlrings getrennt
steuerbar sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz
kühlring (3) eine durch radiale Trennwände (17) unterteilte Ringkammer bil
det, und daß die Trennwände (17) am inneren Rand der Ringkammer in einer
Position (18) in Abstand zu dem in Umfangsrichtung durchgehenden Austritts
spalt (20) enden.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen
den inneren Enden der Trennwände (17) und dem Austrittsspalt (20) eine allen
Segmenten gemeinsame Staustufe (5) angeordnet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die einzel
nen Segmente des Zusatzkühlrings (3) durch getrennte Spaltdüsen (16) gebildet
werden, die jeweils einen Abschnitt des Austrittsspaltes (20) bilden und deren
Anstellwinkel (ϕ) relativ zu dem Haupt-Kühlgasstrom (6) verstellbar ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeich
net, daß der Zusatzkühlring (3) auf einzelnen Sockeln (13) in Abstand oberhalb
des Haupt-Kühlrings (1) montiert ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeich
net, daß die den einzelnen Segmenten (19; 16) zugeordneten Fördermittel Ra
dialgebläse (7) mit elektronisch kommutierten elektrischen Antrieben sind.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, gekennzeichnet durch
eine in Abstand oberhalb des Zusatzkühlrings (3) am Umfang der Folienblase (10)
angeordnete Dickenmeßeinrichtung (11) zur Messung der Foliendicke und
durch eine Steuereinheit (12) zur Steuerung der Fördermittel (7) und/oder der
Stellmittel (15) in Abhängigkeit von den gemessenen Foliendicken.
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