DE4109385A1 - Vorrichtung zur segmentweise gesteuerten kuehlung einer folienblase - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur segmentweise gesteuerten Kühlung einer Folienblase.

Bei der Blasfolienherstellung wird eine schlauchförmige Folienblase aus ther­ moplastischem Kunststoff aus einem ringförmigen Austrittsspalt eines Werk­ zeugs extrudiert und aus einem die Folienblase umgebenden Kühlring mit Kühlluft angeblasen, um die Abkühlung zu beschleunigen. Die Intensität der Kühlung beeinflußt das Ausmaß, in dem die Folie vor ihrer Erstarrung ver­ streckt wird, und hat somit auch maßgeblichen Einfluß auf die Foliendicke. Um eine Folie mit einer gleichmäßigen Dicke zu erhalten, ist deshalb grund­ sätzlich eine möglichst gleichförmige Umfangsverteilung der Kühlluftströ­ mung anzustreben. Herkömmliche Kühlringe weisen zu diesem Zweck zu meist eine Ringkammer auf, die über labyrinthartige Staustufen vom Aus­ trittsspalt des Kühlrings getrennt ist, so daß sich die über eine oder mehrere Einspeisungsstellen zugeführte Kühlluft in Umfangsrichtung verteilen kann bevor sie aus dem Austrittsspalt austritt. Die Kühlluftzufuhr zu der Ringkam­ mer erfolgt mit Hilfe eines Gebläses, das einen ausreichenden Luftdurchsatz jedoch nur einen mäßigen Ausgangsdruck in der Größenordnung von etwa 10 kPa über Atmosphärendruck aufweist. Dieser Druck wird durch den Strö­ mungswiderstand in der Ringkammer und den Staustufen auf unter 1 kPa ge­ mindert. Auf diese Weise wird die Folienblase schonend mit Kühlluft angebla­ sen.

Eine gleichmäßige Luftverteilung läßt sich bei den herkömmlichen Kühlrin­ gen nur mit relativ komplexen Staustufen erreichen, so daß der Kühlring ei­ ne entsprechend große Bauhöhe aufweisen muß.

Andererseits sind Kühlsysteme bekannt geworden, bei denen man die um fangsvertellung des Kühlluftdurchsatzes gezielt variiert, um Dickenabwei­ chungen der Folie zu korrigieren, die durch andere Fehlerquellen bedingt sind. Eine Vorrichtung dieser Art, die dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu­ grundellegt, wird in der DE-OS 26 58 518 beschrieben. Bei dieser Vorrich­ tung ist über dem Haupt-Kühlring, der einen in Umfangsrichtung gleichmäßi­ gen Kühlluftstrom erzeugt, ein Düsenkranz aus einzeln steuerbaren Luftdüse angeordnet. Die Luftzufuhr zu den Düsen erfolgt über ein Gebläse, eine Ring­ kammer und über Stellventile, die jeweils den einzelnen Düsen zugeordne sind. Die Stellventile und die Düsen sind Teil eines Regelkreises, in den der Luftdurchsatz - und damit die Foliendicke - in den einzelnen Umfangs­ segmenten in Abhängigkeit von den gemessenen Dickenabweichungen der Folie geregelt wird. Der Düsenkranz wird bei einer Ausführungsform dieser Vorrichtung durch einen ringförmigen Block gebildet, der mit radialen Bohrungen versehen ist. An der Übergangsstelle zwischen der Ringkammer und den einzelnen Bohrungen ist jeweils ein Ventilkegel vorgesehen, der sich mit Hilfe eines Elektromagneten in Radialrichtung verstellen läßt. Am Innenrand des Düsenkranzes wird durch zwei über die Mündungen der einzelnen Bohrungen hinaus nach innen vorspringende Lippen ein durchgehender, ringförmiger Austrittsspalt gebildet. Auf diese Weise werden die durch die unterschiedlichen Durchsätze in den einzelnen Düsen- Bohrungen bedingten Unstetigkeiten im Kühlluftstrom gemildert. Da jedoch bei dieser Anordnung der Eingriff zur Korrektur des Dickenprofils oberhalb des Haupt-Kühlringes erfolgt, so daß die Düsen, die mit dem gleichen Luftdruck wie der Haupt-Kühlring gespeist werden, in den Haupt- Kühlluftstrom münden, werden nur die äußeren Bereiche des Haupt- Luftstromes beeinflußt, und wegen des wesentlich größeren Durchsatzes des Haupt-Kühlluftstromes wird nur eine begrenzte Änderung der Kühlwirkung erreicht.

In der US-PS 44 43 400 wird ein Kühlring vorgeschlagen, bei dem Korrekturdüsen unterhalb des Haupt-Austrittsspaltes angeordnet sind. Bei diesem Kühlring werden jeweils mehrere Korrekturdüsen, die über ein größeres Umfangssegment verteilt sind, über ein gemeinsames Stellventil di­ rekt aus der Ringkammer des Haupt-Kühlrings gespeist. Hierdurch soll für die Herstellung von Spezialtragetaschen eine ungleichmäßige Dickenvertei­ lung der Folienblase über breitere Umfangsbereiche erreicht werden.

Aus der DE-OS 37 43 720 ist eine Kühlvorrichtung bekannt, bei der der Kühlring durch radiale Trennwände in mehrere Sektoren unterteilt ist. Der Kühlluftdurchsatz in den einzelnen Sektoren wird gesteuert, indem der Ab­ stand zwischen den oberen und unteren Wänden des Kühlrings variiert wird oder indem ein im Inneren des Sektors angeordneter Stempel in Radialrich­ tung bewegt wird.

Bei den oben beschriebenen Vorrichtungen ist es jedoch schwierig, den Kühlluftdurchsatz in den verschiedenen Umfangsbereichen so zu steuern, daß einerseits eine wirksame Beeinflussung des Dickenprofils der Folie mit aus­ reichender Winkelauflösung erreicht wird, andererseits jedoch abrupte Über­ gänge in der Kühlluftströmung zwischen benachbarten Düsen oder Kühl­ ringsektoren vermieden werden. Darüber hinaus kommt es bei einem Regel­ eingriff an einer Düse oder einem Kühlringsektor zu einer Änderung des Druckes in dem zugehörigen Bereich der Ringkammer. Da sich diese Druck­ änderung nicht auf das jeweilige Umfangssegment begrenzen läßt, wird auch der Durchsatz in den benachbarten Umfangssegmenten ungewollt beeinflußt. Diese wechselseitigen Beeinflussungen der Regeleingriffe in verschiedenen Umfangssegmenten sind regelungstechnisch kaum zu beherrschen, so daß eine gezielte Regelung des Dickenprofils äußerst schwierig ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 anzugeben, mit der eine präzise und feinfühlige segmentweise Steuerung der Kühlleistung und damit des Dickenprofils der Folie möglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 anzugeben, mit der eine präzise und feinfühlige segmentweise Steuerung der Kühlleistung und damit des Dickenprofils der Folie möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den in den unabhängigen Ansprüchen 1 und 4 angegebenen Merkmalen gelöst.

Bei der Lösung nach Anspruch 1 wird als Kühlluftquelle eine Druckluftquelle eingesetzt, deren Ausgangsdruck wenigstens 50 kPA über dem Atmosphärendruck liegt. Die Dosierventile und/oder die Querschnitte der Düsen sind so ausgelegt, daß der Druck am Ausgang der Düsen auf ein vertretbares Maß verringert wird. Aufgrund des hohen Luftdruckes stromaufwärts der Dosierventile herrschen dort praktisch statische Druckverhältnisse, so daß wechselseitige Beeinflussungen der Durchsätze der einzelnen Düsen weitgehend ausgeschlossen werden.

Der erfindungsgemäß mit Druckluft gespeiste Düsenkranz kann zusätzlich zu einem als Hauptkühlring dienenden herkömmlichen Kühlring eingesetzt werden und ist in diesem Fall vorzugsweise unterhalb des Hauptkühlrings angeordnet. So daß mit vergleichsweise geringen Durchsätzen und somit ge­ ringen absoluten Durchsatzunterschieden eine effektive Korrektur des Dickenprofils der Folie erreicht wird. Wegen des geringen Düsenquerschnitts kann der Düsenkranz eine sehr flache Bauform aufweisen. Auch bestehende Folienblasanlagen können deshalb ohne Schwierigkeiten mit der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung nachgerüstet werden.

Gemäß Anspruch 4 wird der Düsenkranz durch eine Luftleitplatte gebildet, die in ihrer Oberfläche mit Nuten zur Bildung der einzelnen Düsen versehen ist und durch eine Abschlußplatte abgedeckt ist. Die Nuten weisen eine relativ große Breite, aber nur eine sehr geringe Tiefe auf und verschmelzen an ihren inneren Enden zu einem durchgehenden Austrittsspalt. Durch die geringe Tiefe der Nuten wird ein hoher Strömungswiderstand und somit eine entsprechende Druckminderung erreicht, während andererseits durch die große Breite der Nuten eine gleichmäßige Umfangsverteilung des Kühlluftstromes sichergestellt wird. Die maximale Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der Nuten wird maßgeblich durch den geringen Abstand zwischen dem Boden der Nut und der Abschlußplatte bestimmt und ist über die Breite der Nut annähernd konstant. Lediglich an den seitlichen Rändern ergibt sich durch die Wirkung der Seitenwände der Nuten ein Abfall der Strömungsge­ schwindigkeit. Dieser Abfall wird jedoch annähernd dadurch ausgeglichen, daß die Luftströmungen aus zwei benachbarten Nuten am stromabwärtigen Ende schräg zusammenlaufen. Wenn die Durchsätze sämtlicher Düsen übereinstimmen, ergibt sich so in Umfangsrichtung ein nahezu gleichmäßi­ ges Strömungsprofil. Wenn dagegen beispielsweise für zwei benachbarte Düsen ein höherer Durchsatz eingestellt wird als an allen übrigen Düsen, so ergibt sich über die Breite der gemeinsamen Mündung dieser beiden Düsen ein nahezu einheitliches Strömungsprofil mit fließenden Übergängen zu den benachbarten Düsen mit kleinerem Durchsatz.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Teilschnitt durch eine Folienblasanlage mit einer erfin­ dungsgemäßen Kühlvorrichtung; und

Fig. 2 eine schematische Grundrißskizze eines Teils der Kühlvorrichtung mit zugehörigen Druckluftversorgungs- und Steuereinrichtungen.

In Fig. 1 ist eine Kühlvorrichtung 10 dargestellt, die zur Außenkühlung einer aus dem ringförmigen Extrusionsspalt 12 eines Werkzeugs 14 extrudierten Folienblase 16 dient.

Zu der Kühlvorrichtung 10 gehört ein Hauptkühlring 18 mit einer Ringkammer 20, an die sich radial nach innen eine Staustufe 22 und eine Spaltdüse 24 anschließen. Die Ringkammer 20 wird über ein nicht gezeigtes Gebläse mit Kühlluft mit relativ hohem Durchsatz und verhältnismäßig nie­ drigem Druck gespeist, so daß über die Spaltdüse 24 ein ringförmiger Kühlluftstrom aufwärts auf den Umfang der Folienblase 16 gerichtet wird. Dieser Kühlluftstrom weist eine gleichmäßige Umfangsverteilung auf.

Zwischen dem Hauptkühlring 18 und dem Werkzeug 14 ist ein weiterer Düsenkranz 26 eingefügt. Dieser Düsenkranz wird gebildet durch eine Luftleitplatte 28, in deren obere Oberfläche flache, radial verlaufende Nuten 30 eingefräst sind. Wie im Grundriß in Fig. 2 zu erkennen ist, weisen die Nuten 30 auf ihrer gesamten Länge eine einheitliche Breite auf, und die radial inneren Enden der Nuten verschmelzen zu einem durchgehenden, ringförmigen Austrittsspalt 32. Die zwischen den einzelnen Nuten 30 gebildeten Stege 34 laufen demgemäß an ihren inneren Enden spitz aus und weisen einen annähernd dreieckigen Grundriß auf.

Gemäß Fig. 1 liegt der Hauptkühlring 18 unmittelbar auf der Luftleitplatte 28 auf, so daß er zugleich eine Abschlußplatte bildet, durch die die Nuten 30 zu Düsenkanälen mit einem flachen, rechteckigen Querschnitt abgeschlossen werden. Der Austrittsspalt 32 wird begrenzt durch die untere innere Kante des Hauptkühlrings 18 und durch eine die Nuten 30 an ihrem inneren Ende begrenzende konische Fläche 36 der Luftleitplatte 28.

An ihrem äußeren Umfangsrand ist die Luftleitplatte mit einem ringförmigen Wulst 38 versehen. Die Inneren Enden der Nuten 30 sind jeweils über eine schräg durch den Wulst 38 verlaufende Bohrung 40 mit einer Speiseleitung (Schlauch) 42 verbunden.

Gemäß Fig. 2 sind die Speiseleitungen 42 jeweils über ein pneumatisches Regelventil 44 mit einer gemeinsamen Druckleitung 46 verbunden, die ihrerseits an einen Druckkessel 48 angeschlossen ist. Bei den Regelventilen 44 handelt es sich um elektrisch betätigte Pneumatikventile bekannter Bauart, die über Steuerleitungen 50 mit einer elektronischen Steuereinheit 52 verbunden sind und mit denen der Luftdurchsatz proportional zu einer an der Steuerleitung 50 anliegenden Spannung einstellbar ist.

Eine Leitung 54, die den Druckkessel 48 mit einem nicht gezeigten Kompressor verbindet, enthält ein Druckminderventil 56, das über eine Steuerleitung 58 durch die Steuereinheit 52 steuerbar ist. Auf diese Weise wird in dem Druckkessel 48 konstant ein Überdruck von beispielsweise 50 kPa oder 100 kPa aufrechterhalten.

Ein Drucksensor 60 ist an einem Abschnitt der Druckleitung 46 zwischen dem Druckkessel 48 und dem ersten Regelventil 44 angeordnet. Ein weiterer Drucksensor 62 befindet sich am Ende der Druckleitung 46 jenseits des letzten Regelventils 44. Die Drucksensoren 60, 62 sind über Signalleitungen 64 mit der Steuereinheit 52 verbunden.

Über eine weitere Leitung 66 erhält die Steuereinheit 52 ein Signal, das das mit Hilfe eines nicht gezeigten Meßkopfes am Umfang der Folienblase ge­ messene Dickenprofil der Folie angibt. Anhand dieses Signals errechnet die Steuereinheit 52 Stellbefehle, die über die Steuerleitungen 50 an die Regelventile 44 ausgegeben werden. Auf diese Weise wird der Luftdurchsatz in den einzelnen Nuten der Luftleitplatte 28 in Abhängigkeit von der Foliendicke geregelt. Die Luftströmungen in den Nuten 30 vereinigen sich am Austrittsspalt 32 zu einem schmalen, in Umfangsrichtung durchgehenden Luftband, das zwar einen relativ geringen Gesamt-Luftdurchsatz aufweist, dessen Strömungsgeschwindigkelt jedoch relativ hoch ist. Durch die Regelventile 44 wird die Umfangsverteilung der Strömungsgeschwindigkei­ ten in diesem Luftband stetig und ohne abrupte Übergänge moduliert. Das aus dem Austrittsspalt 32 austretende Luftband tritt unmittelbar oberhalb des Schmelzeaustritts aus dem Extrusionsspalt 12 auf die Folienblase auf und wirkt sich somit nachhaltig auf das Reckverhallen und das Dickenprofil der Folienblase aus. Auf diese Weise läßt sich schon mit geringen Durchsätzen und Durchsatzänderungen eine ausreichende Korrektur der Foliendicke erreichen.

Der Querschnitt der Druckleitung 46 ist sehr großzügig bemessen. Infolge des großen Leitungsquerschnittes und des hohen Druckes in dem Druckkessel 48 herrschen stromaufwärts der Regelventile 44 praktisch statische Druckverhältnisse, und der Druck ist überall mit dem Druck in dem Druckkessel 48 identisch. Ein Regeleingriff an einem der Ventile 44 hat daher keinen Einfluß auf den Durchsatz der übrigen Ventile. Hierdurch wird eine stabile Regelung ermöglicht.

Allenfalls in Ausnahmefällen, in denen die meisten der Ventile 44 relativ weit geöffnet sind, kann es zu einem Druckabfall auf der Länge der Druckleitung 46 kommen. In diesem Fall wird von den Drucksensoren 60 und 62 eine Druckdifferenz an die Steuereinheit 52 gemeldet, die daraufhin das Druckminderventil 56 so ansteuert, daß die Druckluftzufuhr dem höheren Luftverbrauch angepaßt wird und wieder annähernd statische Verhältnisse hergestellt werden.

Wahlweise kann bei einer Druckdifferenz an den Sensoren 60, 62 auch ein Warnsignal erzeugt werden, um eine manuelle Anpassung der Druckzufuhr zu veranlassen.

In einer abgewandelten Ausführungsform können die einzelnen Regelventile 44 auch direkt an den Druckkessel 48 angeschlossen sein.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur segmentweise gesteuerten Kühlung einer Folienblase (16), mit einem die Folienblase umgebenden Düsenkranz (26) mit mehreren radial auf die Folienblase gerichteten Düsen (30), die jeweils über ein steuer­ bares Dosierventil (44) mit einer allen Düsen gemeinsamen Kühlluftquelle verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlluftquelle eine Druckluftquelle mit einem relativen Ausgangsdruck von wenigstens 50 kPa ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosierventile (44) eingangsseitig mit einem Druckkessel (48) verbunden sind, der über eine ein Druckminderventil (56) enthaltende Druckversorgungsleitung (54) mit der Druckquelle verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils mehrere der Dosierventile (44) an eine gemeinsame Druckleitung (46) angeschlossen sind, die einen ersten Drucksensor (60) stromaufwärts der Abzweigungsstelle zu dem ersten Dosierventil und einen zweiten Drucksensor (62) stromabwärts der Abzweigungsstelle zu dem letzten Dosierventil aufweist, und daß eine Steuereinrichtung (52) zur Steuerung des Ausgangsdruckes der Druckluftquelle in Abhängigkeit von dem mit den Sensoren (60, 62) erfaßten Druckabfall in der Druckleitung (46) vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkranz (26) durch eine mit einer Abschlußplatte (18) abgedeckte Luftleitplatte (28) gebildet wird, in deren Oberfläche auf der Seite der Abschlußplatte (18) Nuten (30) zur Bildung der einzelnen Düsen vorgesehen sind, deren Tiefe weniger als 1/5 der größten Breite beträgt, und daß die Nuten durch im Grundriß dreieckige Stege (34) voneinander getrennt sind, die außerhalb des Innenrandes der Luftleitplatte spitz auslaufen, so daß die Nuten (30) sich kurz vor ihrer Mündung zu einem Ringspalt (32) vereinigen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Jede der Nuten (30) an ihrem radial äußeren Ende über eine schräg oder senkrecht zum Boden der Nut verlaufende Bohrung (40) mit einer von dem zugehörigen Dosierventil (44) kommenden Speiseleitung (42) verbunden ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschlußplatte durch einen Hauptkühlring (18) gebildet wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftleitplatte (28) an der Unterseite des Hauptkühlrings (18) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftleitplatte (28) unmittelbar auf dem Werkzeug (14) oder einer zwischen diesem und dem Kühlsystem eingefügten Isolierplatte angeordnet ist.