DE19728522C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von ein- oder mehrschichtigen Schlauchfolien aus thermoplastischem Kunststoff - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von ein- oder mehrschichtigen Schlauchfolien aus thermoplastischem Kunststoff

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von ein- oder mehrschichtigen Schlauchfolien aus thermoplastischem Kunststoff, bei dem der Kunststoff plastifiziert und in einem Werkzeug zu einem Schlauch geformt wird und aus dem Werkzeug über einen Ringspalt vertikal nach unten austritt und eine Schlauchblase bildet und die Schlauchblase am anderen Ende abgequetscht und flach gelegt wird, wobei der Schlauch im Bereich der Schlauchblase im Inneren mit Stützluft gefüllt und gekühlt und von außen gekühlt und außen kalibriert wird.
Des weiteren bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens zum Herstellen von ein- oder mehrschichtigen Schlauchfolien aus thermoplastischem Kunststoff.
Zum Herstellen von biaxial gereckten Schlauchfolien ist es erforderlich, die extrudierte aus dem Werkzeug austretende Schlauchfolie sehr schnell und sehr gleichmäßig abzukühlen, damit der molekulare Aufbau seine amorphe Struktur beibehält, bis die Schlauchfolie möglich toleranzneutral abgequetscht wird, um danach einer Verstreckung zugeführt zu werden. Eine toleranzneutrale Abquetschung bedeutet, daß zum Beispiel keine Materialanhäufung an der Innenseite der Quetschfalte infolge ungenügender Abkühlung beispielsweise auftritt.
Bei bekannten Verfahren, wie in DE-OS 20 63 612 sowie in US 3 456 044 beschrieben, erfolgt die äußere Kühlung des aus dem Werkzeug austretenden extrudierten Schlauches üblicherweise mittels Wasserduschen oder durch Extrusion in einem Wasserbad oder durch Kombination dieser beiden Mittel. Zusätzlich wird der Schlauch außenseitig kalibriert. Des weiteren wird der aus dem Ringspalt des Werkzeuges austretende Schlauch mechanisch stabilisiert und eine Schlauchblase gebildet, die mit einer Flüssigkeit, Stützluft oder Stützgas gefüllt wird. Diese Flüssigkeit, Stützluft oder das Stützgas kühlen ebenfalls. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß diese bekannten Innenkühlungen nicht ausreichend sind, um in den zur Verfügung stehenden Verweilzeiten eine ausreichende Kühlung der Schlauchinnenseite zu erreichen. Dies führt dazu, daß sich die Schlauchinnenseite, insbesondere bei Verwendung langsam kristallisierender Thermoplaste, noch in amorph-duktilen Zustand befindet, so daß es zu Verletzungen sowie zu Dickenschwankungen, insbesondere im Bereich der Kanten, beim Abquetschen des Schlauches kommen kann. Solche Dickenschwankungen erschweren die Weiterverarbeitung des Schlauches zu biaxial orientierter, gegebenenfalls thermofixierter Schlauchfolie gemäß bekannten Verfahren, wie sie bevorzugt für die Herstellung von Brüh- und Kochwürsten verwendet wird.
Aus der DE-OS 19 48 797 ist ein Verfahren zum Herstellen von mehrschichtigen Schlauchfolien aus thermoplastischem Kunststoff bekannt, bei dem der Schlauch vertikal nach unten aus einem Formwerkzeug austritt und der Schlauch mit Stützluft gefüllt wird und innenseitig mittels einer zusätzlich eingeführten Kühlflüssigkeit gekühlt wird. Innenseitig der Schlauchblase vorgesehene Stützkörper dienen der Stützung der Schlauchblase. Die innen eingeführte Kühlflüssigkeit läuft an der Schlauchblase nach unten und wird hier wieder gesammelt. Eine Verdampfung des Kühlflüssigkeitsfilms findet nicht statt, würde auch zu einer Aufblasung der Schlauchfolie führen, die nicht erwünscht ist.
Aus der GB 1123318 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Schlauchfolien bekannt, wobei die Schlauchfolie durch Abziehen in vertikaler Richtung erzeugt wird, außenseitige Kühlringe vorhanden sind und Stützluft in Form eines gasförmigen FLüssigkeitsnebels in die Schlauchblase eingeblasen wird zum Aufblasen derselben. Soweit der Flüssigkeitsnebel kondensiert und sich ansammelt vor dem Düsenaustritt der Schlauchfolie kann er von hier über eine Absaugleitung wieder entfernt werden, wobei jedoch im Zweifel auch Stützluft unerwünschterweise wieder austritt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb insbesondere in der Bereitstellung eines Verfahrens sowie einer Vorrichtung zur Innenkühlung eines extrudierten Folienschlauches mit einer solchen Abkühlgeschwindigkeit, daß beim Abquetschen der Schlauchblase keine Quetschfalten an den Rändern infolge plastisch-duktiler Verformung der Schlauchinnenseite auftritt. Ferner besteht die Aufgabe in der Erreichung einer gleichmäßigen sowie möglichst völlig amorphen Struktur des verfahrensgemäß hergestellten Folienschlauches.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe bei dem gattungsgemäßen Verfahren zum Herstellen einer Schlauchfolie in der Weise, daß auf die Innenwand des Schlauches im Bereich der Schlauchblase eine feinzerstäubte Flüssigkeit gesprüht wird, und die Flüssigkeit unter intensiver Kühlung der Innenwandung des Schlauches zumindest teilweise verdampft und das sich hierbei aus der Flüssigkeit bildende Kondensat bzw. die Flüssigkeit innerhalb der Schlauchblase nach unten läuft und sich oberhalb der Abquetschung in der Schlauchblase sammelt und das Kondensat und die Flüssigkeit aus dem Sammelbereich abgesaugt wird.
Erfindungsgemäß gelingt es, die extrudierte Schlauchfolie unmittelbar nach dem Austritt aus dem Ringspalt schnell und gleichmäßig abzukühlen und damit den molekularen Aufbau des Kunststoffes in einer amorphen Struktur beizubehalten, so daß nachfolgend nach dem Abkühlen eine gewünschte Verstreckung der Folie vorgenommen werden kann. Der extrudierte Schlauch kann ein- oder mehrschichtig ausgebildet sein. Als Rohmaterialien können alle im Extrusionsverfahren verarbeitbaren thermoplastischen Kunststoffe verwendet werden, insbesondere Polyamide, Polyester, Polyethylene, Ethylen-Vinylalkohol- Copolymerisate, Copolymere des Ethylens und Abmischungen thermoplastischer Kunststoffe, bevorzugt Poly E-Caprolactam und Copolyamide auf Basis E-Caprolactam.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich besonders vorteilhaft für die Herstellung kleinerer Schlauchfolien von Durchmessern von 20 mm bis 200 mm mit Wanddicken von 200 µm bis 600 µm einsetzen. Erfindungsgemäß wird eine Innenkühlung vorgeschlagen im Bereich der Schlauchblase, wobei das Kühlen mittels Aufsprühen und Verdampfen geeigneter Flüssigkeiten mit anschließender Kondensation, soweit die Flüssigkeit verdampft ist, erfolgt. Der Prozeß kann offen oder in geschlossenem Kreislauf ablaufen. Es ist auch möglich, die Innenkühlung mit einer Flüssigkeit vorzunehmen, die ausgetauscht wird und außerhalb wieder abgekühlt wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche 2 bis 12 entnehmbar.
Als Flüssigkeit zum Besprühen der Innenwandung des Schlauches wird bevorzugt Wasser eingesetzt, das bei ca. 100°C verdampft. Da die Temperatur des extrudierten aus dem Ringspalt des Werkzeuges austretenden Schlauches bis zu 300°C und mehr je nach Material betragen kann, ist eine entsprechend massive Verdampfung der augesprühten Flüssigkeit ermöglicht und damit eine intensive Kühlung der Innenwandung des Schlauches. An Stelle von Wasser können auch andere geeignete inerte Flüssigkeiten aufgesprüht werden, die eine entsprechende geeignete Verdampfungstemperatur aufweisen.
Die aufgesprühte und verdampfte Flüssigkeit fließt als Kondensat innenseitig am Schlauch entlang und sammelt sich am unteren Ende der Schlauchblase vor dem Abquetschbereich. Auch nicht verdampfte Flüssigkeit sammelt sich hier. Das Niveau der Sammelstelle wird durch Absaugung der Flüssigkeit und des Kondensats eingestellt und geregelt.
Die Angriffsfläche und die Intensität der feinzerstäubten Flüssigkeit zum Kühlen der Innenwandung des Schlauches kann in Anpassung und Abhängigkeit des Rohmaterials - thermoplastische Kunststoffe -, des Aufbaus des Schlauches, des Durchsatzes, der Dicke, der Schlauchform - neck-in, neutral, ausgebaucht -, der Massetemperatur des Rohmaterials beim Werkzeugaustritt, der Art und Intensität der Außenkühlung des Schlauches und der Kalibrierung eingestellt und geregelt werden. Insbesondere ist es möglich, die Angriffsfläche der feinzerstäubten Flüssigkeit an der Innenwandung des Schlauches in bezug auf die Größe und/oder Lage in bezug auf den Austritt des Schlauches aus dem Ringspalt des Werkzeuges einzustellen und/oder zu regeln. Ebenso wird vorgeschlagen, die Intensität der Kühlung der Innenwandung des Schlauches durch Regelung der Menge und der Temperatur der zerstäubten Flüssigkeit einzustellen und/oder zu regeln.
Die Außenkühlung des Schlauches wird in bekannter Weise vorgenommen, entweder nach Austritt aus dem Ringspalt des Werkzeuges mittels aufgesprühtem Wasser mittels Wasserduschen, insbesondere in Verbindung mit Kalibriereinrichtungen oder durch unmittelbaren Eintritt in ein Wasserbad oder durch eine Kombination dieser beiden Maßnahmen, wobei das Aufsprühen von Wasser als erste Kühlstrecke und das Durchführen durch ein Wasserbad als zweite Kühlstrecke gewählt wird. Auch die Installation von Unterwasserduschen ist möglich.
Mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen wird erreicht, daß der Querschnitt des Schlauches vom Austritt aus dem Ringspalt des Werkzeuges bis zur Abquetschung im Bereich des Durchlaufens der Schlauchblase gleichmäßig von innen und außen gekühlt wird, dergestalt, daß bei Erreichen der Abquetschung ein möglichst geringer oder kein Temperaturgradient im Querschnitt der Folie mehr vorhanden ist.
Des weiteren wir der Schlauch ebenfalls beim Durchlaufen der Abquetschung temperiert, indem er beispielsweise durch ein Wasserbad geführt wird. Der so abgekühlte und dann abgequetschte Schlauch weist eine sehr gleichmäßige amorphe Struktur auf, die für die nachfolgende Verstreckung Voraussetzung ist.
Als Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird von bekannten Anlagen zur Schlauchfolienherstellung mit vertikal nach unten gerichtetem Abzug und Arbeitsweise gemäß Gattungsbegriff von Anspruch 9 ausgegangen.
Zum Ausbilden einer intensiven Innenkühlung wird die gattungsgemäße Vorrichtung in der Weise weitergebildet, daß durch das Werkzeug ein Rohr geführt ist, an dessen Ende ein Innensprühkörper zum Zerstäuben der Flüssigkeit angebracht ist, der so positioniert ist, daß er aus dem Werkzeug herausragt und innerhalb zu bildenden Schlauchblase endet, und der Innensprühkörper durch das Rohr mittels einer Pumpe mit der Flüssigkeit versorgbar ist und des weiteren ein Absaugrohr durch das Werkzeug und aus dem Werkzeug heraus bis nahe an die Abquetscheinrichtung geführt ist, um das Kondensat aus der Schlauchblase abzusaugen.
Für eine Anpassung an unterschiedliche Rohstoffe, Extrusionsbedingungen, Schlauchformen und Schlauchdicken wird vorgeschlagen, bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowohl den Innensprühkörper als auch das Absaugrohr in der Höhe verstellbar auszubilden. Ebenso können unterschiedliche Innensprühkörper eingesetzt werden und auch die Innensprühkörper bezüglich der Abgabemenge der zerstäubten Flüssigkeit geregelt werden.
Bei einer bevorzugten Ausbildung der Innensprüheinrichtung für die Innenkühlung des Schlauches wird vorgeschlagen, das Absaugrohr konzentrisch innerhalb des Rohres, das der Stützluftzufuhr in die Schlauchblase dient, anzuordnen und hindurchzuführen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung sind den kennzeichnenden Merkmalen der Unteransprüche 10 bis 14 entnehmbar. Innenkühlung und Außenkühlung sind erfindungsgemäße aufeinander abzustellen, um die gleichmäßige Auskühlung des Schlauches über den Querschnitt hinweg bis zur Abquetschung hin auf das gewünschte Maß zu erzielen. Insbesondere soll im Bereich der Abquetschung kein Temperaturgradient in der Schlauchfolie mehr vorhanden sein, der sich nämlich negativ zum Beispiel durch Dickstellen bemerkbar machen würde und damit bei der nachfolgenden Verstreckung stört.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer schematischen Darstellung der Kühlung des extrudierten Schlauches aus thermoplastischem Kunststoff in der Fig. 1 dargestellt und erläutert.
Die Plastifiziereinrichtung für den thermoplastischen Kunststoff zum Herstellen einer ein- oder mehrschichtigen Schlauchfolie ist nicht dargestellt. An die Plastifiziereinrichtung schließt sich der Folienblaskopf in Gestalt des Werkzeuges 10 an, das hier schematisch dargestellt ist, mit dem Ringspalt 11, aus dem frisch extrudierte Schlauch 1 austritt mit einer Massetemperatur beim Werkzeugaustritt von bis zu mehr als 300°C je nach eingesetzten thermoplastischen Kunststoffen. Der aus dem Ringspalt 11 austretende Schlauch 1 muß sehr schnell und sehr gleichmäßig abgekühlt werden, um die amorphe Struktur des molekularen Aufbaus beizubehalten, um eine toleranzneutrale Abquetschung zu erreichen ohne Materialanhäufung an der Innenseite der Quetschfalte für die anschließende Verstreckung.
Durch das Werkzeug 10 ist hier konzentrisch zu dem Ringspalt 11 ein Kanal 12 ausgebildet, in dem konzentrisch unter Ausbildung eines Ringkanals 14 das Rohr 13 hindurchgeführt ist. Der Ringkanal 14 dient der Zufuhr von Stützluft 15 zum Füllen der Schlauchblase 1a und Stabilisieren derselben. Die Stützluft 15 wird über das Flanschteil 19 dem Ringkanal 14 zugeführt. Das Rohr 13 ist an dem austrittsseitigen Ende des Werkzeuges 10, wo der Schlauch 1 aus dem Ringspalt 11 austritt, vorkragend angeordnet und an seinem Ende mit dem Innensprühkörper 16 ausgerüstet. Innerhalb des Rohres 13 ist ein weiteres Absaugrohr 17 konzentrisch unter Ausbildung eines weiteren Ringkanals 13a geführt, wobei das Absaugrohr 17 durch den Sprühkopf 16 hindurch verlängert in Richtung Quetschwalzenpaar 24 geführt ist. Durch den zwischen dem Absaugrohr 17 und dem Rohr 13 gebildeten Ringkanal 13a wird Wasser 18 in den Sprühkopf 16 unter geführt, das aus dem Sprühkopf 16 unter Zerstäubung austritt und auf die Innenwandung des Schlauches 1 trifft. Das Wasser 18 wird mittels einer Pumpe, die nicht näher dargestellt ist, über den Kanal 13a dem Sprühkopf 16 zugeführt. Die sich in Abzugsrichtung V nach dem Austritt aus dem Werkzeug 10 ausbildende Schlauchblase 1a wird am Ende durch den Quetschwalzenspalt 25, der von den beiden Quetschwalzen 24 gebildet ist, geführt und dann die flachgelegte Schlauchfolie 1b in Pfeilrichtung abgezogen. Die Abquetschvorrichtung 24 ist in einem Sprühwassertank 22 mit Wasser 23 angeordnet, dergestalt, daß sie vollständig einschließlich des letzten Teiles der Schlauchblase im Wasser sich befindet. Der Wasserspiegel 23a des Sprühwassertankes 22 ist einstellbar.
Der aus dem Ringspalt 11 austretende Schlauch 1 wird unmittelbar anschließend außenseitig gekühlt und kalibriert. Hierzu sind Außensprühkörper 32 und Kalibrierscheiben 31 angeordnet in einer ausreichenden Anzahl, wobei mittels Wasser gekühlt wird. Das Wasser läuft dann in Pfeilrichtung V1 außenseitig an dem Schlauch 1 nach unten ab in den Sprühwassertank 22, von wo es wieder im Kreislauf zurückgeführt werden kann. Die Außensprühkörper sind ebenfalls bezüglich ihrer Sprühleistung einstellbar und regelbar. Die Kalibrierscheiben 31 sind bezüglich des Durchmessers verstellbar, anpaßbar an die jeweils gewünschten Durchmesser des herzustellenden Schlauches.
Die für die Innenkühlung über das Rohr 13 bzw. den Ringkanal 13a und den Innensprühkörper 16 zugeführte Flüssigkeit, hier Wasser 18, wird an die heiße Innenwandung des Schlauches 1 angesprüht und verdampft hierbei. Dabei erfolgt eine intensive Abkühlung der Innenwandung des Schlauches 1. Anschließend kondensiert das verdampfte Wasser wieder und läuft dann ebenfalls in Pfeilrichtung V nach unten und sammelt sich im unteren Bereich der Schlauchblase 1a vor der Abquetscheinrichtung 24 als Kondensat 18a an. In diesen Kondensatsammelbereich taucht das Absaugrohr 17 mit seinem Ende ein und wird hier mittels einer Pumpe und Niveauregler wieder abgesaugt, so daß das Niveau 18b des Kondensats 18a einstellbar und konstant gehalten werden kann. Das Absaugrohr 17 für die Kondensatabsaugung ist in der Höhe verstellbar angeordnet.
Ebenso ist der Innensprühkörper 16 mit dem Rohr 13 in der Höhe verstellbar, so daß die zu besprühende Fläche auf der Innenseite des Schlauches definiert ausgewählt werden kann. Der Innensprühkörper 16 ist in der Höhe verstellbar zur Anpassung und Optimierung des Kühlvorganges in Abhängigkeit des Rohmaterials des ein- oder mehrschichtigen Verbundes der Schlauchfolie, des Durchsatzes, der Dicke und der Schlauchform, der Massetemperatur beim Austritt aus dem Ringspalt 11, der Art und Intensität der Außenkühlung und der Schlauchkalibrierung.

Claims (14)

1. Verfahren zum Herstellen von ein- oder mehrschichtigen Schlauchfolien aus thermoplastischem Kunststoff, bei dem der Kunststoff plastifiziert und in einem Werkzeug zu einem Schlauch geformt wird und aus dem Werkzeug über einen Ringspalt vertikal nach unten austritt und eine Schlauchblase bildet und die Schlauchblase am anderen Ende abgequetscht und flach gelegt wird, wobei der Schlauch im Bereich der Schlauchblase im Inneren mit Stützluft gefüllt und gekühlt wird und von außen gekühlt und von außen kalibriert wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Innenwand des Schlauches (1) im Bereich der Schlauchblase (1a) eine feinzerstäubte Flüssigkeit (18) gesprüht wird, und die Flüssigkeit unter intensiver Kühlung der Innenwandung des Schlauches zumindest teilweise verdampft und das sich hierbei aus der Flüssigkeit bildende Kondensat (18a) bzw. die Flüssigkeit innerhalb der Schlauchblase nach unten läuft und sich oberhalb der Abquetschung in der Schlauchblase sammelt und das Kondensat und die Flüssigkeit aus dem Sammelbereich abgesaugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Flüssigkeit zum Besprühen der Innenwandung des Schlauches Wasser oder eine andere Flüssigkeit mit geeignetem Dampfpunkt eingesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Niveau (18b) des Kondensats im Sammelbereich in der Schlauchblase (1a) durch die Absaugung geregelt und eingestellt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Angriffsfläche der feinzerstäubten Flüssigkeit (18) an der Innenwandung des Schlauches (1) in bezug auf die Größe und/oder Lage in bezug auf den Austritt des Schlauches aus Ringspalt (11) des Werkzeuges eingestellt und/oder geregelt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität der Kühlung der Innenwandung des Schlauches durch Regelung der Menge der zerstäubten Flüssigkeit eingestellt und/oder geregelt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlauch nach Austritt aus dem Ringspalt des Werkzeuges außenseitig mittels aufgesprühtem Wasser mittels Wasserduschen (32) gekühlt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlauch beim Durchlaufen der Abquetschung temperiert wird, beispielsweise mittels eines Wasserbades.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als thermoplastischer Kunststoff zum Herstellen der Schlauchfolien Polyaminde, Polyester, Polyethylen, Polypropylen oder PVDC eingesetzt werden.
9. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mit einer Plastifiziervorrichtung für den thermoplastischen Kunststoff und einem Werkzeug mit Ringspalt zum Extrudieren einer Schlauchfolie, wobei das Werkzeug einen Kanal für die Zufuhr von Stützluft in den Schlauch zum Ausbilden der Schlauchblase aufweist und mit einer Vorrichtung zum außenseitigen Kühlen und Kalibrieren des Schlauches und einer nachgeordneten Abquetscheinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Werkzeug ein Rohr (13) geführt ist, an dessen Ende ein Innensprühkörper 16 zum Zerstäuben einer Flüssigkeit angebracht ist, der so positioniert ist, daß er aus dem Werkzeug herausragt und innerhalb der zu bildenden Schlauchblase endet, und der Innensprühkörper durch das Rohr (13) mittels einer Pumpe mit der Flüssigkeit versorgbar ist und des weiteren ein Absaugrohr (17) durch das Werkzeug und aus dem Werkzeug heraus bis nahe an die Abquetscheinrichtung geführt ist, um das Kondensat aus der Schlauchblase abzusaugen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Innensprühkörper (16) in der Höhe verstellbar ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Absaugrohr (17) in der Höhe verstellbar ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Absaugrohr (17) konzentrisch innerhalb des Rohres (13) angeordnet und durch den Innensprühkörper (16) geführt ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Abquetscheinrichtung ein Quetschwalzenpaar (24) vorgesehen ist und das Quetschwalzenpaar (24) innerhalb eines Wasserbades (22) angeordnet ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar an der Austrittseite des Werkzeuges für den Schlauch bezüglich des Durchmessers verstellbare Außensprühkörper (32) und Kalibriervorrichtungen (31) angeordnet sind.
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