Blasfolienanlage sowie Verfahren zum Betrieb derselben

Die Erfindung betrifft eine Blasfolienanlage sowie Verfahren zum Betrieb derselben. Blasfolienanlagen sind aus zahlreichen Druckschriften (z. B. US 5,288,219) bekannt. Blasfolienanlagen sind in der Regel mit Kühl- beziehungsweise Temperiereinrichtungen versehen. Der Sinn dieser Kühlungseinrichtungen, welche in der Regel Gebläse mit Lüftungsrotoren umfassen, besteht in einer Kühlung der heißen, gerade extrudierten Kunststoffschmelze und der aus der Schmelze durch Auskühlung entstehenden Folie.

Oft werden die Folienschläuche sowohl von außen als auch von innen gekühlt. Die Innenkühlung bringt besondere technische Probleme mit sich, da die gerade extrudierten Folienschläuche oft eine geschlossene Folienblase bilden, so dass die Kühlungsluft auch wieder heraus gefördert werden muss. Der übergang des Folienmaterials von einer Kunststoffschmelze zu einer immer noch sehr heißen Folie findet bei modernen Extrusionsanlagen in der Regel kurz nach der Extrusion der Schmelze aus einem dafür vorgesehenen Ringspalt statt. Der Ort, an dem sich die Schmelze zur Folie wandelt, wird oft fälschlicherweise als „Frostlinie" bezeichnet. In der Realität ist diese übergangsstelle jedoch ein ringförmiger Bereich der Umfangsfläche des Schmelze- beziehungsweise Folienschlauches. Dieser Bereich besitzt eine durchaus nennenswerte Ausdehnung in der Transportrichtung des Folienschlauches, die von einigen Millimetern bis zu einigen Dutzend Zentimetern reichen kann. In diesem Bereich nehmen die ungeordneten Makromoleküle der Schmelze zumindest teilweise eine geordnete oder zumindest geordnetere Kristalitstruktur an. Obwohl es bei Kunststoffen eben

nicht zu einem schlagartigen, definierten Phasenübergang - wie er beim übergang von Wasser zu Eis stattfinden kann - kommt, ändern sich die Eigenschaften der Folienschmelze durch diese Wandlung zur immer noch sehr heißen Folie doch in einer für die Folienherstellung maßgeblichen Weise. So vermindert sich die Reckfähigkeit und steigert sich die Stabilität und Widerstandsfähigkeit des Folienmaterials durch diesen übergang entscheidend. Der angesprochene übergangsbereich wird aufgrund der Parallelen zum Gefrieren von Wasser im Folgenden „Frostbereich" genannt. Aufgrund der änderung des Reckverhaltens und der Widerstandsfähigkeit beim Durchlauf durch den Frostbereich werden die oft bei der Blasfolienherstellung verwendeten Kalibrierkörbe (siehe z. B. EP 1 488 910 A1 ) oberhalb des Frostbereiches angebracht beziehungsweise die Lage des Frostbereichs wird durch eine Variation der Kühl- oder Temperiereinrichtungen so gesteuert, dass sich der Frostbereich unterhalb des Kalibrierkorbes befindet. Wenn der Frostbereich in den Kalibrierkorb hineinwandert, kann der Kalibrierkorb die Folienschmelze beschädigen. In diesem Fall ist es auch wahrscheinlich, dass das weichere Schmelzematerial vor Erreichen des Kalibrierkorbes einen „Bauch" ausbildet, das heißt, dass der Durchmesser des Schlauches vor Erreichen des Kalibrierkorbes größer ist als der des Kalibrierkorbes. Auch dieser Zustand ist höchst unerwünscht und wird von den Maschinenbedienem mit einer Regelung der Gebläse beantwortet, um Kühlverhalten und Innendruck der Folienblase anzupassen. Aufgrund der Schwierigkeiten, die diese Regelung mit sich bringt und der Trägheit derselben kommt es hierbei nicht selten zu einem Pumpverhalten im Bereich des dem Kalibrierkorb vorgelagerten „Bauches". Dieses Pumpverhalten führt zu umfangreichen Folienschäden oder gar zum Abriss der Folienblase. Ein Frostbereich, der zu weit vor dem beziehungsweise unterhalb des Kalibrierkorbes liegt, kann dazu führen, dass die Folie nicht im gewünschten Maße ausgereckt wird und das gewünschte Format nicht erreicht. Auch bei Blasfolienanlagen ohne Kalibrierkorb ist die Einstellung der Lage des Frostbereichs von großer Bedeutung.

Eine besondere Herausforderung stellt die Einstellung des Frostbereichs bei Formatwechseln dar.

Bei einem Formatwechsel, bei dem sich bedeutende physikalische Größen zwischen dem Ausgangsformat und dem Endformat nennenswert ändern, ist es sehr schwer, die Lage des Frostbereichs zu optimieren. Mit dem Wort „optimieren" ist im vorliegenden Zusammenhang gemeint, dass der Frostbereich nach einem Formatwechsel sowohl eine andere als auch eine gleiche Position in der Transportrichtung des Folienschlauchs als Solllage einnehmen kann. Oft ändert sich die Sollposition des Frostbereichs von Auftrag zu Auftrag, was auch eine änderung der Position des Kalibrierkorbes notwendig machen kann. Insbesondere bei Formatwechseln, bei denen sich das Volumen der Folienblase um bedeutende Beträge verändert, bedient man sich daher bisher einer oder mehrerer Klappen, mit denen die Luftzu- und/oder -abfuhr in geringer Zeit um große Beträge geändert werden kann. Diese Klappen sind in den Luftleitungen angebracht. Allerdings führt die Betätigung dieser Klappen oft zu einer oder mehreren der folgenden unerwünschten Entwicklungen: einer zu schnellen Verschiebung der Frostlinie über das gewünschte Maß hinaus, zu dem oben angesprochenen Pumpverhalten oder - zum Zusammenfallen der Folienblase.

Daher besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Blasfolienanlage vorzuschlagen, bei welcher diese unerwünschten Entwicklungen besser vermeidbar sind. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Offenbar führt die schnelle Regelung der Gebläseleistung mit den Klappen zu starken, oft unstetigen änderungen der Gebläseleistung, welche unter anderem die genannten unerwünschten Entwicklungen nach sich ziehen. Es hat sich gezeigt, dass noch größere Unstetigkeiten auftreten können, wenn in Folge der Betätigung der Klappe in dem betroffenen Luftstrom zum Beispiel Phasenübergänge zwischen laminaren und turbulenten Strömungen auftreten.

Versuche haben gezeigt, dass eine Beeinflussung der Drehzahl zumindest eines Lüftungsrotors mit Hilfe der Mittel zur Ableitung und Umwandlung von Bewegungsenergie zu einer ausreichend schnellen, aber stetigeren änderung der Kühlgebläseleistung führt. Mit „Ableitung und Umwandlung von Bewegungsenergie" ist zunächst jede Maßnahme gemeint, die die Rotationsbewegung des Lüftungsrotors bremst. In diesem Zusammenhang ist auch die Bedeutung des Wortes „zuschaltbar" zu beachten. Gemeint ist, dass die „Mittel zur Ableitung und Umwandlung von Bewegungsenergie" eben bei Bedarf zuschaltbar sind. Die zuschaltbare Ableitung und Umwandlung von Bewegungsenergie kann in diesem Zusammenhang auch durch mechanische Bremsen vorgenommen werden, welche Bewegungsenergie während eines Bremsvorgangs beispielsweise in mechanische oder durch Reibung in thermische Energie umsetzen. Wirbelstrombremsen können kinetische Energie durch Induktion und Ohmschen Widerstand ebenfalls in thermische Energie wandeln.

Eine im Betrieb andauernde bzw. inhärente Wandlung von kinetischer Energie (beispielsweise durch Reibung in den Lagern des Lüftungsrotors oder durch Luftwiderstand) ist durch das Attribut zuschaltbar ausgeschlossen. Bei Lüftungsrotoren, die mit Elektromaschinen angetrieben werden, ist es vorteilhaft, wenn die Motoren einen Leistungssteller umfassen, welcher die Elektromaschine so beschälten kann, dass diese im generatorischen Betrieb arbeitet. In dieser Situation wird der Rotor gebremst und die Bewegungsenergie des Rotors wird in elektrische Energie gewandelt. Diese ist aus dem Stromkreis der betreffenden Elektromaschine auszuscheiden. Dies kann durch eine Rückspeisung dieser Energie ins Stromnetz vorgenommen werden. Hierzu kann eine weitere leistungselektronische Vorrichtung, oft Endstufe genannt, vorgesehen werden. Es hat sich gezeigt, dass bei solchen Rückspeisevorgängen jedoch Probleme mit der elektromagnetischen Verträglichkeit in dem angesprochenen Stromnetz aufkommen können. Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit besteht in dem „Verbrennen" des anfallenden Stromes durch einen Bremswiderstand (Wandlung in Wärmeenergie durch Widerstand).

Die Zuführung des „freigewordenen" (aus der kinetischen Energie der Rotationsbewegung gewandelten) elektrischen Stromes zu einem weiteren

Elektromotor hilft jedoch, Energie zu sparen. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn es sich bei der weiteren Elektromaschine um ein Maschinenelement handelt, welches hauptsächlich im Dauerbetrieb läuft und dabei möglichst gleichförmig elektrische Leistung benötigt. Insbesondere in tropischen Ländern kann auch ein Belüftungsmotor der Klimaanlage für die Extruderhalle diese Anforderungen erfüllen.

In diesem Zusammenhang sind jedoch auch Elektromaschinen zu nennen, die an der Außenkühlung derselben oder einer anderen Blasfolienanlage mitwirken. Auch die Motoren der Extruder arbeiten während des Dauerbetriebs der Anlage gleichmäßig.

Die meisten Brems- oder Regelvorgänge fallen im Bereich der Innenkühlung an, weshalb sich hier alle erfindungsgemäßen Maßnahmen am meisten empfehlen. Teilweise ist es am vorteilhaftesten, Elektromaschinen, die der Innenkühlung zugeordnet sind, bei Bedarf generatorisch zu betreiben und den gewonnenen Strom den Motoren anderer Gebläse zuzuführen.

Trotz der eingangs geschilderten Nachteile der Steuerung und Regelung der Gebläseleistung beziehungsweise des Blasluftstroms durch Klappen kann es doch von Vorteil sein, solche an der Blasfolienanlage vorzusehen und insbesondere bei änderungen großen Betrags einzusetzen. In diesem Zusammenhang können durch die bremsbaren Lüftungsrotoren auch Ausgleichsmaßnahmen bei zu unstetigen Gebläseleistungsänderungen vorgenommen werden.

Insgesamt ist jedoch auch zu betonen, dass erfindungsgemäße Blasfolienanlagen auch im Normalbetrieb - das heißt außerhalb der Formatwechselzeiten - große Vorteile mit sich bringen. Es hat sich gezeigt, dass sich alle Regelmaßnahmen am Kühlgebläsestrom zwar sanft, aber doch mit ausreichender Geschwindigkeit mit solchen Blasfolienanlagen durchführen lassen. Regelkreisprobleme, wie das eingangs dargestellte „Pumpen" des Folienschlauches, lassen sich auch im Dauerbetrieb an erfindungsgemäßen Blasfolienanlagen besser vermeiden.

Die einzelnen Figuren zeigen:

Fig. 1 Eine Skizze einer Blasfolienanlage

Fig. 2 Eine Skizze eines Blaskopfes

Fig. 1 zeigt eine Skizze einer Blasfolienanlage 15, bei der ein Blasfolienschlauch 1 von einem Blaskopf 2 extrudiert und in der Förderrichtung z weg gefördert wird. Auf die Darstellung von Gebläse oder Kühlvorrichtungen wurde in Figur 1 verzichtet. Das Material des Blasfolienschlauches 1 liegt zunächst noch als schmelzeartiges Extrudat vor. In dem Frostbereich 3 geht das Extrudat jedoch in Folie über, die anschließend den Kalibrierkorb 4 durchläuft. In der Flachlegeeinrichtung 5 wird der Folienschlauch zwischen den Flachlegeplatten 5a und 5b flach gelegt und in der Abquetschvorrichtung 6 zu den Abquetschwalzen 6a und 6b abgequetscht. Der Folienschlauch 1 liegt dann in Form des flachgelegten Folienschlauches 7 vor. Dieser durchläuft die Reversiervorrichtung 8, die mit Wendestangen 10 und Umlenkwalzen 9 ausgestattet ist. Die strichpunktierte Linie 11 bezeichnet die Symmetrielinie des Blasfolienschlauches 1. Nach dem Durchlaufen der Reversiervorrichtung 8 wird der flachgelegte Folienschlauch 7 über die Transportwalze 12 weiter geleitet. In der Regel wird der flachgelegte Folienschlauch anschließend einer Wickelstelle zugeführt.

In Figur 2 sind verschiedene Kühlgebläseeinrichtungen, auf deren Darstellung in Figur 1 verzichtet wurde, dargestellt. Die Kühlgebläseeinrichtung 20 entnimmt in der Regel über die Luftableitung 21 und das Entlüftungsrohr 22 Luft aus dem Inneren des Folienschlauches 1. Das Luftvolumen, das von dieser Gebläseeinrichtung 20 aus dem Inneren des Schlauchs abgeleitet ist, ist im wesentlichen gleich dem Luftvolumen pro Zeiteinheit, welches von der Gebläseeinrichtung 23 über die Luftzuleitung 24 dem Innenkühlring 25 zugeleitet und von diesem in das Innere des Folienschlauches 1 geblasen wird. Oft ist gerade das Luftzuleitungsrohr 24 mit einer Klappenvorrichtung 26 versehen, mit welchem die Luftzuleitung in das Innere des Folienschlauches gesteuert oder geregelt werden kann. Das Gebläse 27 leitet Luft über die Luftzuleitung 28 zu dem Außenkühlring 29, welcher die Luft auf den Folienschlauch 1 extrudiert. Die verschiedenen Pfeile 30 deuten jeweils die Richtung der Luft oder des Luftstromes an. über die Luftgebläseleistung kann die Lage der Frostbereiches, welcher in Figur 1 mit dem Bezugszeichen 3 versehen ist, optimiert werden. Eine stärkere Kühlleistung führt dazu, dass sich

die Frostlinie näher an dem Blaskopf 2 ausbildet. Ein Sinken der Gebläseleistung führt dazu, dass sich der Frostbereich 3 in Richtung der Förderrichtung z des Blasfolienschlauches bewegt. Die Kühlgebläseleistung kann durch die Drehzahl der Ventilatorenräder beeinflusst werden; es ist jedoch auch möglich, Klappen 26 zu diesem Zweck einzusetzen. Es hat sich gezeigt, dass bei der Steuerung und Regelung der Kühlgebläseleistung die Variation der Umdrehungsgeschwindigkeit der Ventilatoren vorteilhaft ist, da sich mit ihnen stetigere Veränderungen des Kühlluftstromes bewerkstelligen lassen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Steuerung der Kühlgebläseleistung mit der Steuervorrichtung 31 vorgenommen werden. In Figur 2 ist die Steuervorrichtung 31 mit den Leistungsstellern 40, 43 und 47 über die Steuerleitungen 32 verbunden. Die Leistungssteller 40, 43 und 47 liegen oft als Frequenzrichter vor. Bei Gleichstrommotoren können jedoch auch Gleichrichter und Transformatoren zum Einsatz kommen. Die Leistungssteiler 40, 43 und 47 sind über die Stromleitungen 42, welche natürlich mehradrig sein können, mit den Elektromaschinen der Gebläse 20, 23 und 27 verbunden, welche die Kühlluft mit nicht dargestellten Lüftungsrotoren, die von den Elektromaschinen angetrieben sind, fördern. „Außenluft" im Sinne dieser Druckschrift ist Luft, die von den Kühlgebläsen angesogen wird. In der Regel handelt es sich um Hallenluft oder von außerhalb der Maschinenhalle angezogener Luft.

Die Kühlgebläseeinrichtung 20 saugt ihre Luft aus dem Inneren des Folienschlauches. Auch das kann mit oder ohne Klappen geschehen.