Foliendickensensor mit porösem Bläser

Die Erfindung betrifft ein Sensorsystem zum Messen der Dicke flachen, relativ zum Sensorsystem bewegten Materials nach Anspruch 1 , eine Anlage zur Herstellung von Folie nach Anspruch 7, welche ein solches Sensorsystem umfasst, und ein Verfahren zum Betrieb einer Blasfolienanlage mit einem solchen Sensorsystem nach Anspruch 9.

Sensorsysteme zum Messen der Dicke flachen, relativ zum Sensorsystem bewegten Materials sind bekannt. Sie werden bevorzugt zur Messung der Dicke von gerade extrudierten Folien eingesetzt. Die Messwerte dienen der Regelung der Foliendicke. Flaches Material heißt daher im vorliegenden Zusammenhang in erster Linie folienförmiges oder bahnförmiges Material, das zumeist an dem Sensorsystem, das eine Sensorvorrichtung wie einen Sensorkopf umfasst, vorbeigeführt wird. Zu den verwendeten Messverfahren gehören optische, radiometrische, induktive und kapazitive Messverfahren. Insbesondere bei der Herstellung empfindlicher oder klebriger Folie können jedoch durch Sensorsysteme, welche die Folie berühren, Schäden an derselben hervorgerufen werden. Daher schlägt die EP 591 239 B1 vor, eine Sensorvorrichtung mit einem Luftkissen von der Folie zu beabstanden.

Bei der solcherart beabstandeten Sensorvorrichtung handelt es sich bei der EP 591 239 B1 um einen kapazitiven Sensor, dessen beide Elektroden auf einer Seite der Folie auf einem Sensorkopf angebracht sind. Beide Elektroden weisen der Folie zugewandte Wirkflächen auf. Auch zwischen diesen Wirkflächen der beiden Elektroden prägt sich ein elektrisches Feld aus, das das Luftpolster

zwischen Sensorvorrichtung und Folie, die Folie selber und den hinter der Folie befindlichen Raum, der hier ebenfalls mit Luft gefüllt ist, durchgreift. Hierbei besteht bekanntlich eine Abhängigkeit der Kapazität des Kondensators von der materialspezifischen Dielektrizität ε _r der von dem elektrischen Feld durchdrungenen Stoffe (Luft und Folienmaterial). Eine änderung der Stärke des Folienmaterials ändert damit die Kapazität des Kondensators. Es hat sich jedoch gezeigt, dass auch Schwankungen des Abstandes zwischen der Folie und den Wirkflächen der Elektroden die Kapazität des Kondensators verändern. Dieser Einfluss des Abstandes der Folie - beziehungsweise eines beliebigen flachen Materials - besteht auch bei den vorgenannten anderen Messprinzipien wie bei dem induktiven Messprinzip.

Insbesondere bei Blasfolienanlagen ändert sich dieser Abstand jedoch ständig, da die Folie flattert - was auch zu Kontakten zwischen Sensorvorrichtung und Folie führen kann.

Die DE 195 11 939 A1 schlägt daher vor, den Abstand zwischen

Sensorvorrichtung und Folie ständig zu messen, nach diesen Messwerten die Position der Sensorvorrichtung zu regeln und durch Bewegungen in der radialen Richtung der Folienblase ständig an die Flatterbewegung der Folie anzupassen. Allerdings ist es hier zusätzlich notwendig, die Folie mit Unterdruckdüsen in den Randbereichen der Sensorvorrichtung anzusaugen und so das Flattern der Folie relativ zur Sensorvorrichtung zu begrenzen.

Ein anderer Lösungsansatz für dasselbe Problem ist Gegenstand der EP 801 290 B1. Hier wird ebenfalls vorgeschlagen, den Abstand zwischen Sensor und Folie permanent zu regeln, wobei das Messsignal für die Regelung über eine Messung des Staudrucks zwischen Folie und Sensorvorrichtung gewonnen wird. Da die Bewegung der Sensorvorrichtung träger ist als die der flatternden Folie wird ergänzend vorgeschlagen, die Fehler, die bei der Dickenmessung durch einen schwankenden Abstand entstehen, folgendermaßen zu minimieren: Der tatsächliche Abstand zum Zeitpunkt der Dickenmessung wird gemessen. Der (fehlerhafte) Dickenmesswert wird anhand des Abstandsmesswertes mit Hilfe einer Fehlerfunktion korrigiert.

Eine weitere Möglichkeit besteht eben darin, nur dann zu messen, wenn der richtige Abstand eben gerade durchlaufen wird, was jedoch ungleiche Zeitintervalle zwischen den Messungen zur Folge hat.

Angesichts dieser Darstellung wird deutlich, dass die dargestellten Messvorrichtungen kompliziert, teuer und trotzdem fehleranfällig sind.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, diesen Nachteilen abzuhelfen.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die vorliegende Erfindung macht sich hierbei zu nutze, dass sich Luftpolster bei Versuchen auf porösem oder mit Mikrolöchern versehenem Material als wesentlich stabiler erwiesen haben als auf anderen Materialien.

Damit spielen die Abstandsschwankungen eine geringere Rolle. Der Sensor kann daher wesentlich dichter gegen die Folie angestellt werden. Eine weitere

Minimierung des Folienflatterns ist erreichbar, wenn die der Folie oder, allgemeiner, dem beliebigen flachen Material zugewandte Seite der

Sensorvorrichtung regelrecht gegen das flache Material gedrückt wird. In der

Regel wird dann dieses Material eine Gegenkraft aufbringen, die dem erfindungsgemäßen stabilen Luftpolster entgegenwirkt. Als Ergebnis kann sich dann ein Gleichgewichtszustand herausbilden, der das Flattern begrenzt. Die angesprochene Gegenkraft wird oft - je nach Anwendungsfall - zumindest teilweise auch von anderen Gegenständen oder physikalischen Größen als dem flachen Material aufgebracht werden. Im Falle einer Blasfolienanlage spielt der Innendruck der Folienblase hier eine entscheidende Rolle.

In diesem Anwendungsfall ist es vorteilhaft, mit der der Folienblase zugewandten Fläche der Sensorvorrichtung über eine längere Zeitdauer - vielleicht während des gesamten Auftrags - in die Folienblase hinein zu drücken. Hierbei befindet sich das Luftpolster einer von außerhalb der Folienblase messenden Sensorvorrichtung in der radialen Richtung der Folienblase innerhalb des Sollradius derselben. Oft gilt das gleiche für die der Folie zugewandten Seite der Sensorvorrichtung und sogar Teile der Sensorvorrichtung selber.

Der Querschnitt der Folienblase kann sich hierbei an der Messstelle erheblich verformen. In der Regel fahren solche Sensoren in der Umfangsrichtung der Folienblase um dieselbe herum, um so das Dickenprofil der Blase entlang des Umfanges zu messen. Die Eindringtiefe des Luftpolsters in den Sollradius der Blase kann vorteilhafterweise 1 bis 5 Zentimeter betragen. Sie kann sogar 5 bis 15 Zentimeter betragen. Interessant bei dieser Ausprägung der Erfindung ist, dass die Eindringtiefe nicht als Folge eines Lageregelungsvorgangs der Sensorvorrichtung zustande kommt, bei der die Sensorvorrichtung der flatternden Folie zu folgen versucht und zeitweise eine solche Position einnimmt. Vielmehr beeinflusst der von dem Luftpolster ausgehende Druck seinerseits die Position und das Flatterverhalten der Folie.

In einer besonders günstigen Ausprägung der Erfindung kann daher auf den gesamten Aufwand der Positionsmessung der Folie, die ständigen schnellen Positionskorrekturen der Sensorvorrichtung und andere Maßnahmen, die in der EP 801 290 B1 und DE 195 11 939 A1 vorgeschlagen werden, um den Folgen des Folienflattems vorzubeugen, verzichtet werden.

Gerade wenn die Sensorvorrichtung eine derart exponierte Position gegenüber dem flachen Material einnimmt und gegebenenfalls Druck auf dieses ausübt, ist es jedoch von Vorteil zu erkennen, wann und ob sich schadhafte Stellen des flachen Materials der Sensorvorrichtung durch die gegenseitige

Relativbewegung nähern, da es sonst passieren kann, dass die

Sensorvorrichtung an einer solchen Stelle ein Loch erzeugt beziehungsweise ein solches vergrößert und in das Material hineingreift. Durch die

Relativbewegung des Materials zur Sensorvorrichtung entsteht dann großer

Schaden am flachen Material und/oder an der Sensorvorrichtung.

Daher ist es gegebenenfalls vorteilhaft, solche Schäden zu erkennen und die Sensorvorrichtung vom Material zurückzuziehen.

Die Anwendung der erfindungsgemäßen Lehre auf Sensorvorrichtungen, die induktive oder kapazitive Messmittel umfassen, erscheint besonders vorteilhaft, da bei diesen Messmethoden der Einfluss der Abstandsschwankungen auf die Messergebnisse besonders groß ist. Die Form der Elektroden, bei kapazitiven Messvorrichtungen, die beide Elektroden auf einer Seite des flachen Materials

haben, ist in den drei oben zitierten Druckschriften gezeigt. In der Regel umgreifen sich die Elektroden gegenseitig und haben ihre Wirkflächen auf der dem flachen Material zugewandten Fläche der Sensorvorrichtung. Oft sind die Elektroden auf dieser Fläche der Sensorvorrichtung zwei konzentrische Kreise, zwei Ellipsen oder haben die Form mäandemder, ineinander verschränkter Strecken.

Erfindungsgemäße Sensorvorrichtungen, die an Blasfolienanlagen zum Einsatz kommen, können an Stellen dieser Anlagen eingesetzt werden, die bisher dem Einsatz dieser Sensoren nicht offen stehen. Bisher findet man solche Sensoren - in der Förderrichtung der Folie - zwischen dem Kalibrierkorb und der Flachlegung. An dieser Stelle ist das Flattern der Folie relativ gering, der Folienschlauch hat noch einen runden Querschnitt und ist bereits weitgehend kristallisiert. Ein Nachteil der Messung an dieser Stelle besteht in der doch erheblichen Strecke zwischen dem Blaskopf oder einem Kühlring, an dem Foliendickenabweichungen entstehen und durch das Anblasen von Luft oder das Heizen der Schmelze beziehungsweise auch geregelt werden können. Mit einem erfindungsgemäßen Meßsystem ist es möglich, beispielsweise zwischen dem Düsenspalt des Blaskopfes und dem Kalibrierkorb - falls ein solcher vorhanden ist - zu messen. Ein erfindungsgemäßes Messsystem kann daher auch in vorteilhafter Weise mit einer Vorrichtung nach der noch unveröffentlichten deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 10 2005 038 731.4 kombiniert werden. In dieser Druckschrift wird beschrieben, wie das Flatterverhalten der gerade extrudierten Folie direkt nach ihrer Extrusion eingeschränkt wird. Auch hierzu wird unter anderem die Verwendung porösen Materials vorgeschlagen. Auch das „Einklemmen" der Folie zwischen zwei Luftpolstern wird vorgeschlagen. Alle in dieser Druckschrift vorgeschlagenen Maßnahmen beziehungsweise Vorrichtungsmerkmale zur Führung der Folie beziehungsweise zur Begrenzung ihres Flatterverhaltens werden als Bestandteil der vorliegenden Druckschrift angesehen. Ein Rückgriff auf den Offenbarungsgehalt dieser Druckschrift im Rahmen des vorliegenden Patentbegehrens wird vorbehalten.

Ein weiterer Nachteil der Anordnung der Sensorvorrichtung in herkömmlicher Weise ist der hohe Vorrichtungsaufwand, der durch die separate Aufhängung (oft in mehreren Metern Höhe) und die Führung der Sensorvorrichtung entlang des Umfanges der Folienblase entsteht. Es erscheint möglich, die Sensorvorrichtung mit dem Kalibrierkorb zu kombinieren. Dies ist insbesondere bei erfindungsgemäßen Sensorvorrichtungen aufgrund der erwähnten Eigenschaften des charakteristischen Luftpolsters vorteilhaft. Es können auch mehrere Sensoren entlang des Umfanges der Blase angebracht werden, was die Bewegung des Sensorsystems entlang des Umfanges erspart.

Auch an der Flachlegung können Sensorvorrichtungen angebracht werden. Werden sie nach einer tatsächlichen Flachlegung angebracht, so ist ein Sensor in der Regel nur noch in der Lage, die Dicke zweier eben gerade übereinander liegender Umfangsabschnitte des Folienschlauches gemeinsam zu messen. Durch spezifische Rechenverfahren oder eine optische Ermittlung der Lage der Grenzschicht zwischen beiden Lagen könnte jedoch auch diesem Problem begegnet werden.

Weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung gehen aus der gegenständlichen Beschreibung und den Ansprüchen hervor. Die einzelnen Figuren zeigen:

Fig. 1 Eine Skizze einer ersten Blasfolienextrusionsanlage

Fig. 2 Eine Skizze einer ersten Blasfolienextrusionsanlage Fig. 3 Ein Schnitt A-A aus Figur 1 mit zusätzlichen Merkmalen eines den

Umfang einer Folienblase umlaufenden Sensorsystems Fig. 4 Eine Aufsicht auf die dem flachen Material zugewandte Seite einer kapazitiven Sensorvorrichtung

Fig. 1 zeigt eine erste Blasfolienextrusionsanlage 4, bei der eine Folienblase 2 beziehungsweise ein Folienschlauch von einem Blaskopf 1 in Richtung des Pfeils z extrudiert wird. Die Folienblase 2 wird von der Abquetschvorrichtung 7, die die Abquetschwalzen 5 und 6 umfasst, abgequetscht. Das Dickenmesssystem 3 nimmt einen typischen Platz ein. In der Regel wird ein

solches Dickenmesssystem 2 eine Sensorvorrichtung beziehungsweise einen Sensorkopf 14, der in der in Figur 4 dargestellten Art um den Umfang der Folienblase 2 herumgeführt wird.

Figur 2 zeigt eine zweite Blasfolienextrusionsanlage 4, die zunächst die gleichen Merkmale wie die erste Blasfolienfolienextrusionsanlage aufweist. Bei der zweiten Blasfolienextrusionsanlage sind jedoch weitere teilweise notwendige, teilweise optionale Vorrichtungen gezeigt, um deren Lage in einer Extrusionsanlage darzustellen. In der Förderrichtung z fällt zuerst der Außenkühlring 8, der Kühlluft gegen den Folienschlauch 2 bläst, auf. Bei moderneren Anlagen kann er die Temperatur der Kühlluft, die gegen Abschnitte 21 n des Umfangs des Folienschlauchs 2 geblasen wird, regeln, um Dickstellen auszugleichen. Auch eine Regelung der Schmelzetemperatur im Blaskopf ist zu diesem Zweck erprobt. Als nächstes gegenüber Figur 1 hinzugefügtes Vorrichtungsmerkmal sei der Kalibrierkorb 10 erwähnt, der zur Festlegung des Durchmessers des Folienschlauches 2 beiträgt.

In Figur 2 umfasst das Sensorsystem 3 auch noch eine zweite Sensorvorrichtung 24, deren Funktion später noch einmal erklärt wird.

Vor der Abquetschvorrichtung 7 ist noch die Flachlegung 11 zu erwähnen. Ebenfalls dargestellt ist eine typische Lage des Frostbereichs 9, in dem das zunächst als Folienschmelze vorliegende Material zumindest teilweise kristallisiert oder Kristallite ausbildet.

In Figur 3 ist eine Schnittdarstellung eines um den Umfang einer Folienblase umlaufenden Sensorsystems 3 dargestellt. Der Zweck der meisten dargestellten Komponenten ist die Anstellung und die Bewegung der ersten Sensorvorrichtung 14 an beziehungsweise in die Nähe der Folienblase 2. Zum unmittelbaren Halten der Vorrichtung 14 dient der Arm 13, der an dem Sensorbock 12 derart angelenkt ist, dass der in der radialen Richtung der Folienblase r verschieblich ist. Der Sensorbock 12 ist seinerseits mit den beiden vorgenannten Komponenten 13, 14 zusammen entlang der Schiene 22 verfahrbar. In der Regel wird der Sensorbock während einer Messperiode

kontinuierlich in Umfangsrichtung [(φ) Richtung] um die Folienblase herumgefahren. Zum besseren Verständnis sind noch einmal die Umfangsabschnitte der Folienblase 21 m und 21 o gezeigt. Sie symbolisieren, dass moderne Dickenregelverfahren oft die den Folienblasenumfang in N individuell regelbare Umfangsabschnitte oder -Sektoren 21 n zerlegen.

In Figur 3 ist nicht gezeigt, dass die der Folie zugewandte Seite 15 des Sensorkopfs 14 oder das Luftpolsters 23 von der aus Arm 13 und Sensorbock 12 gebildeten Haltevorrichtung so positioniert werden, dass sie innerhalb des Sollradius R der Folienblase 2 liegen. Die Strecke S einer solchen möglichen Verschiebung beziehungsweise deren (übertriebener) Betrag ist durch den mit S bezeichneten Pfeil dargestellt. Die Vorteile einer solchen Verschiebung bei der Verwendung eines erfindungsgemäßen Sensorsystems 3 an einer Blasfolienanlage 4 wurden bereits diskutiert. Zu einer vorteilhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorsystems kann auch eine zweite Sensorvorrichtung 24 gehören, die, wie in Figur 2 gezeigt, in der Transportrichtung der Folie z vor der ersten Sensorvorrichtung 14 die Folie auf Schäden und Löcher untersucht. Entdeckt sie ein solches Loch, wird die erste Sensorvorrichtung 14 durch eine Bewegung des Arms 13 von der Folie weggezogen. Die Aktoren für diese Bewegung, die durch den Pfeil 25 angedeutet ist, können im Arm 13 oder auf dem Sensorbock 12 angebracht sein. Durch die Bewegung werden Schäden an Folie 2 und erster Sensorvorrichtung 14 vermieden. Zu diesem Zweck eignen sich optische beziehungsweise auf elektromagnetische Strahlung reagierende Sensoren, die oft auch einen Gegenpart innerhalb der Folienblase benötigen.

Figur 4 zeigt eine Skizze der der Folie zugewandten Seite einer Sensorvorrichtung 14 eines kapazitiven Sensors. Die Seite 14 lässt sich unterteilen in den Bereich außerhalb der Elektroden 10, die äußere und die innere Elektrode 17 und 19, ein Dielektrikum 18 zwischen diesen Elektroden 17 und 19 sowie oft, aber keineswegs immer, einen Innenbereich 20. Poröses oder mit Mikrolöchern versehenes Material kann sich in jedem dieser Bereiche befinden. Es kann auch in jedem dieser Bereiche derartiges Material sein, durch das Luft gepresst wird, um ein Luftpolster zu erzeugen. Derartiges

Material ist jedoch auch dann gut für die Stabilität des Luftpolsters, wenn gar keine Luft unmittelbar an dieser Stelle durch das Material - sondern nur an benachbarten Stellen gepresst wird.

Zumindest eine Elektrode, oder zumindest deren Wirkfläche, könnte auch aus einem solchen Material bestehen. Um das elektrische Feld möglichst günstig zu positionieren, könnte hierzu ein Metall, vorzugsweise Sintermetall gewählt werden.

Generell ist es insbesondere im Zusammenhang mit einem Hereindrücken des Sensors in die Folienblase von Vorteil, wenn das Sintermaterial feinkörnig ist beziehungsweise wenn das Material feine Löcher aufweist. In diesem

Zusammenhang wird eine Korn- beziehungsweise Lochgröße kleiner 100 μm als fein eingestuft. Noch vorteilhafter sind Korn- oder Lochgrößen kleiner 80 μm oder gar kleiner 50 μm. Bei solchen Korn- oder Lochgrößen ist es möglich, Luft mit relativ hohem Druck zum Aufbau des Luftpolsters zu verwenden, was zu einem stabilen Luftposter führt. Ein relativ hoher Druck ist schon bei 50 oder

100 Milliliter bis ein Bar überdruck gegeben.