DE102013103758B4

DE102013103758B4 - Verfahren zur Herstellung einer thermoplastischen Kunststoffschaumplatte und Luftkühlungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102013103758B4
Application number: DE102013103758.5A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Lichti
Original assignee: Veka AG
Current assignee: Veka AG
Priority date: 2013-04-15
Filing date: 2013-04-15
Publication date: 2017-03-02
Anticipated expiration: 2033-04-16
Also published as: DE102013103758A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Kunststoffschaumplatte mit wenigstens folgenden Schritten:
– Aufmischen eines thermoplastischen, mit einem Schäummittel versehenen Kunststoffs in einem Extruder,
– Extrudieren des Kunststoffs durch eine Breitschlitzdüse (1) zu einem ebenen Kunststoffplattenprofil (20),
– Abschrecken des extrudierten Kunststoffplattenprofils (20) in einer Vorkühleinrichtung (2);
– Glätten des Kunststoffplattenprofils (20) in einem Glättwerk (3),
– Abziehen des Kunststoffplattenprofils (20) über eine Kühlstrecke (4),
dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffplattenprofil (20)
– entweder zwischen der Vorkühleinrichtung (2) und dem Glättwerk (3)
– oder zwischen der Vorkühleinrichtung (2) und dem Glättwerk (3) und auf der Kühlstrecke (4) hinter dem Glättwerk (3) jeweils an einer Luftkühlvorrichtung (200) durch eine Luftströmung nachgekühlt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Kunststoffschaumplatte mit wenigstens folgenden Schritten:

– Aufmischen eines thermoplastischen, mit einem Schäummittel versehenen
Kunststoffs in einem Extruder,
– Extrudieren des Kunststoffs durch eine Breitschlitzdüse zu einem ebenen Kunststoffplattenprofil,
– Abschrecken des extrudierten Kunststoffplattenprofils in einer Vorkühleinrichtung;
– Glätten des Kunststoffplattenprofils in einem Glättwerk,
– Abziehen des Kunststoffplattenprofils über eine Kühlstrecke.

Die Erfindung betrifft auch eine Luftkühlvorrichtung und eine Plattenextrusionsanlage zur Herstellung eines Kunststoffplattenprofils.
Solch ein Verfahren zur Herstellung einer Kunststoffschaumplatte ist unter anderem aus der DE 21 16 239 B2 bekannt.
Integralschaumplatten mit einem Kern aus geschäumtem Kunststoff und dichten, glatten Oberflächen sind bekannt. Die Oberflächen können porenfrei und mit hohem Glanz durch Extrusion, beispielsweise von Hart-PVC, hergestellt werden und sind für vielfältige Anwendungszwecke einsetzbar. Der Vorteil liegt insbesondere in der geringen Dichte der Platte, die durch den grobporigen Kern herabgesetzt ist. Bei der Produktion von PVC-Freischaumplatten wird die Oberfläche der Schmelze nach dem Austritt aus der Düse auf der Ober- und Unterseite durch gekühlte Stahlrollen abgeschreckt. Dadurch entsteht eine kompakte Haut im Zehntelmillimeterbereich, weil die Schaumbildung in der Oberfläche unterdrückt wurde. Die Wärmeübertragung zwischen der Plattenoberfläche und den Kühlrollen erfolgt über eine nahezu linienförmige Kontaktfläche und ist deshalb nicht besonders effektiv. Zwischen dem letzten Kühlrollenpaar und dem Einlauf in den sich anschließenden Kalander eines Glättwerks kann die Oberfläche auf Grund der Restwärme in der Plattenmitte wieder durchschäumen mit der Folge, dass die Rauigkeit der Plattenoberfläche zunimmt, was unerwünscht ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, das Verfahren zur Herstellung einer thermoplastischen Kunststoffschaumplatte der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass ein Nachschäumen des Kunststoffplattenprofils vor dem Einlauf in das Glättwerk verhindert wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffplattenprofils mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Luftkühlvorrichtung für eine Plattenextrusionsanlage zur Herstellung eines Kunststoffplattenprofils mit den Merkmalen des Anspruchs 6 sowie eine Plattenextrusionsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst.
Dadurch, dass das Kunststoffplattenprofil zwischen der Breitschlitzdüse und dem Glättwerk an einer Luftkühlvorrichtung durch eine Luftströmung nachgekühlt wird, wird ein Aufheizen des oberflächennahen Bereiches auf eine Temperatur, bei der ein Durchschäumen erfolgen kann, verhindert. Das durch die Vorkühlung erreichte Einfrieren der Oberfläche wird zumindest solange gewährleistet, bis der Kontakt mit den Glättrollen im Glättwerk eingetreten ist. Dort ist ein großflächigerer Kontakt gegeben, und über die gekühlten Glättrollen kann eine Abfuhr der Wärme zumindest in einem solchen Maß bewirkt werden, dass ein nochmaliges Durchschäumen bei der weiteren Verarbeitung vermieden wird.
Vorteilhaft ist weiterhin, wenn das Kunststoffplattenprofil auch auf der Kühlstrecke nach dem Glättwerk durch eine Luftströmung nachgekühlt wird. Die Kühlstrecke besteht in der Regel nur aus einer Rollenführung, auf welcher das extrudierte Kunststoffplattenprofil offen liegt, so dass es bei Beginn der Konfektionierung soweit abgekühlt ist, dass ein Verzug beim Sägen, Verpacken und Palettieren vermieden wird. Durch eine nachgeschaltete aktive Luftkühlung kann die Länge der Kühlstrecke reduziert werden oder es ist umgekehrt eine höhere Abzugsgeschwindigkeit bei gleicher Kühlstrecke möglich.
Eine besonders effektive Abkühlung – egal ob vor dem Einlauf in das Glättwerk oder danach – wird dadurch erreicht, dass die Luftströmung aus Düsenbalken, die mit ihrer Ausströmseite parallel zur Oberfläche des Kunststoffplattenprofils ausgerichtet sind, ausgelassen wird. Über die Düsenbalken, die mit einer Vielzahl von Düsenöffnungen versehen sind, ist eine gerichtete Luftströmung möglich, die über die beaufschlagte Fläche weitgehend konstant in Richtung und Geschwindigkeit ist. Ein Verzug der Platte infolge lokal unterschiedlichen Einflusses von Kühlluft wird vermieden. Durch diese Art der Luftführung wird ein Luftstrom zwischen der Plattenoberfläche und den Austrittsdüsen der Kühlvorrichtung ähnlich eines Luftkissens erzeugt.
Ein weiterer Vorteil in der Verwendung von Düsenbalken liegt darin, dass nicht nur Luftmenge und Lufttemperatur während der Produktion variiert werden können, sondern insbesondere auch der Luftspalt, also der Abstand zwischen den Luftaustrittsöffnungen und der zu kühlenden Plattenoberfläche, gezielt beeinflusst werden kann, indem der Abstand des Düsenbalkens zur Plattenoberfläche variiert wird, und zwar in Abhängigkeit von der Plattendicke und der Plattenabzugsgeschwindigkeit.
Ein weiterer Vorteil ist die große Wirkfläche zur Wärmeübertragung, die ohne großen Aufwand konstruktiv vorgegeben werden kann, indem die Fläche des Düsenbalkens vergrößert wird oder mehrere Düsenbalken nebeneinander eingesetzt werden.
Ein weiterer Vorteil der Luftkühlvorrichtung ist deren berührungslose Funktionsweise. Im Vergleich zu den gekühlten Stahlrollen, die über Zuhaltekräfte auf die Freischaumplattenoberfläche gepresst werden und sich aufgrund ihres kleinen Durchmessers im Verhältnis zu ihrer großen Länge über die Plattenprofilbreite verbiegen, bleibt der Abstand zwischen Schaumplattenoberfläche und Düsenbalken konstant. Einerseits soll der Durchmesser der Stahlrollen möglichst klein sein, um diese sehr nahe am Düsenaustritt positionieren zu können, andererseits wird dadurch die Durchbiegung begünstigt. Wegen der Durchbiegung der gekühlten Stahlrollen ist die Anpressung der Kühlrollen auf die Schaumplattenoberfläche quer zur Abzugsrichtung nicht konstant mit der Folge einer ungleichmäßigen Abkühlung über der Plattenbreite.
Die Geometrie der Luftschlitze ist vorteilhafterweise so gewählt, dass durch deren Anordnung und geometrischen Widerstand eine gleichmäßige Luftmenge und Luftverteilung über der Plattenoberfläche erzeugt wird.
Vorzugsweise wird die Luftströmung aus schlitzförmigen Luftaustrittsöffnungen ausgelassen, die sich in Längsrichtung des Düsenbalkens, und damit zugleich quer zur Abzugsrichtung des Kunststoffplattenprofils, erstrecken. Die Luftaustrittsöffnungen sind dabei in mehreren über die Querrichtung des Düsenbalkens verteilten Reihen angeordnet, wobei die Luftaustrittsöffnungen reihenweise in ihrer Längsrichtung versetzt zueinander angeordnet sind und jeweils einen überlappenden Teilbereich zu benachbarten Luftaustrittsöffnungen aufweisen. Dadurch, dass mehrere Reihen in Querrichtung des Düsenbalkens, also in Abzugsrichtung des Profils, nebeneinander angeordnet sind, wird die angeströmte Fläche des Kunststoffplattenprofils vergrößert. Dadurch, dass die Schlitze nicht alle auf gleichen Längspositionen beginnen und enden, also nicht spaltenförmig gruppiert sind, werden alle Längenbereiche gleichmäßig mit Luft angeströmt. Die Luftschlitze sind also insbesondere deshalb überlappend angeordnet, damit keine Defekte auf der empfindlichen Freischaumplattenoberfläche entstehen.
Aus diesem Grund wurden auch bevorzugt keine Austrittsbohrungen, sondern schlitzförmige Auslässe verwendet, da einzelne Bohrungen durch einen konzentrierten, harten Luftstrahl, der auf die empfindliche Freischaumplattenoberfläche auftrifft, Oberflächendefekte erzeugen können.
Die bevorzugte Anordnung der Luftaustrittsöffnungen wird nachfolgend anhand des Ausführungsbeispiels noch näher erläutert. Auch andere Anordnungen sind möglich, durch welche sichergestellt ist, dass alle Flächenanteile des Kunststoffplattenprofils während des Durchlaufs mit Luft angeströmt werden.
Möglich ist aber auch, statt ununterbrochener, geradliniger Schlitze geschlängelte Formen vorzusehen oder Gruppen von dicht benachbarten Einzelöffnungen in einer schlitzförmigen Struktur vorzusehen.
Bei einer Erhöhung der Extruderausstoßleistung kann die Luftkühlvorrichtung relativ einfach und kostengünstig an die erhöhte Plattengeschwindigkeit angepasst werden, nämlich durch eine Vergrößerung der Profiloberfläche des Düsenbalkens in Extrusionsrichtung, also durch Vorsehung zusätzlicher Reihen an einem einzelnen Düsenbalken oder durch Hinzufügung eines weiteren Düsenbalkens. Dies ist kostengünstiger und effektiver, als zusätzliche Kühlrollenpaare zu installieren.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Die Figuren zeigen im Einzelnen:
1 eine Plattenextrusionsanlage zur Herstellung einer thermoplastischen Kunststoffschaumplatte in schematischer Ansicht;
2 eine Luftkühlvorrichtung nach der Erfindung in perspektivischer Ansicht;
3 Teile einer Luftkühlvorrichtung im Produktionsbetrieb, in perspektivischer Ansicht;
4 ein Düsenbalken einer Luftkühlvorrichtung in Draufsicht;
5 ein Detail des Düsenbalkens aus 4 und
6 den Düsenbalken im Schnitt.
1 zeigt eine schematische Plattenextrusionsanlage 10 für die Extrusion von Plattenprofilen aus Kunststoffschaum mit

– einer Breitschlitzdüse 1, die von einem nicht dargestellten Extruder gespeist wird
und aus der ein Kunststoffplattenprofil 20 extrudiert wird;
– eine Vorkühleinrichtung 2 mit wenigstens einem Kühlrollenpaar, zwischen denen das Kunststoffplattenprofil 20 geführt ist;
– einem Glättwerk 3 mit wenigstens einem Paar von Glättrollen, auch Kalanderwalzen genannt;
– einer Konfektioniereinrichtung 6, hier mit einer Säge zum Ablängen des Kunststoffplattenprofils in einzelne Plattenzuschnitte.

Bei dieser Anlage, die insoweit vorstehend beschrieben dem Stand der Technik entspricht, ist die Strecke zwischen der Vorkühleinrichtung 2 und dem Glättwerk 3 kritisch, da dort die Kerntemperatur des Kunststoffplattenprofils noch so hoch ist, dass dadurch trotz der kurzen Strecke die in der Vorkühleinrichtung 2 eingefrorene Oberfläche erweicht wird und es zum Durchschäumen kommt, wodurch die Rauhigkeit der Schaumplattenoberfläche ansteigt.
Um dem entgegen zu wirken, ist die Plattenextrusionsanlage 10 erfindungsgemäß mit wenigstens einer Luftkühlvorrichtung 200 versehen, die zwischen der Vorkühleinrichtung 2 und dem Glättwerk 3 angeordnet ist. Diese ist im Wesentlichen durch zwei Düsenbalken 210, 220 (vgl. 2) gebildet, die sich mit ihren Düsenaustrittsöffnungen gegenüberliegen und zwischen denen das Kunststoffplattenprofil geführt ist.
Die Luftkühlvorrichtung 200 benötigt in der innerhalb der Plattenextrusionsanlage 10 von links nach rechts verlaufenden Abzugsrichtung nur genau den Platz, der der Länge der Düsenbalken in Abzugsrichtung entspricht. Anders als bei den Vorkühlrollen 2, an denen lediglich eine in Abzugsrichtung tangentiale und somit über die Plattenprofilbreite nahezu linienförmige Berührung eintritt, wird die Länge der Luftkühlvorrichtung 200 nahezu vollständig für die Luftausströmung genutzt.
2 zeigt eine solche Luftkühlvorrichtung 200 außerhalb der Plattenextrusionsanlage. Sie besteht im Wesentlichen aus zwei Düsenbalken 210, 220, die jeweils eine rechteckige Oberseite besitzen, welche jeweils mit schlitzförmigen Luftaustrittsöffnungen 211, 221 versehen ist. Die genannten Oberseiten der Düsenbalken 210, 220 mit den Luftaustrittsöffnungen 211, 221 sind einander zugewandt angeordnet. In jedem Endbereich ist eine Lager- und Verstellvorrichtung 230 angeordnet, in welchen die Düsenbalken 210, 220 gelagert sind und über welche zumindest der Abstand der Düsenbalken 210, 220 zueinander einstellbar ist; wobei bevorzugt beide Düsenbalken 210, 220 jeweils für sich in Bezug auf das dazwischen durchzuführende Kunststoffplattenprofil einzeln einstellbar sind, um den Abstand variieren zu können.
Eine Luftkühlvorrichtung 200 innerhalb der Plattenextrusionsanlage 10 zeigt 3. Das Kunststoffplattenprofil 20 läuft zwischen den Düsenbalken 210, 220 hindurch. Es ist auf Rollen 240 gelagert. Der obere Düsenbalken 220 ist über die Verstellvorrichtung 230 weit hoch gefahren und besitzt einen großen Abstand zur oberen Plattenprofiloberfläche, während die Düsenseite des unteren Düsenbalkens 210 nah an der Unterseite derselben positioniert ist, um während der Anfahrphase bei einem ungleichförmig ausgeformten Kunststoffplattenprofil 20 ein Hängenbleiben zu vermeiden.
Jeder Düsenbalken 210, 220 ist als Hohlkammerprofil aus Leichtmetall gebildet. Den Profilquerschnitt eines Düsenbalkens 210 nach der bevorzugten Ausführungsform zeigt 6. Es handelt sich dabei um ein handelsübliches Bordwandprofil für Lastkraftwagen. Dieses besitzt zwei parallele, plane Oberflächen, die mit Stegen dazwischen verwindungssteif verbunden sind, so dass das Profil auch über die benötigte große Länge quer über die Produktionsstrecke selbsttragend ist. Als Strangpressprofil ist es zudem luftdicht, so dass nur endseitige Abdichtungen angebracht zu werden brauchen, um einen Luft führenden Strömungskanal herzustellen. Die Federn 212 und Nuten 213 ermöglichen eine einfache Aneinanderreihung mehrerer Profile, um größere Breiten herstellen zu können.
Eine Draufsicht auf eine Düsenseite eines Düsenbalkens 210 zeigt 4. In den Endbereichen sind jeweils an der rückwärtigen Seite quadratische Ausnehmungen eingebracht, an denen ein Gebläse angesetzt werden kann. An der Rückseite sind zudem kreisförmige Ausnehmungen vorhanden; diese dienen als Reinigungsöffnungen zum Reinigen der Innenseite des Hohlkammerprofils und sind während der Produktion mit Abdeckkappen verschlossen.
Wesentlich ist die Form und Anordnung der Luftaustrittsöffnungen 211. Zu deren besseren Darstellung ist der in 4 mit strichpunktierten Linien eingerahmte Bereich in 5 vergrößert dargestellt:
Die Luftaustrittsöffnungen 211 sind für sich jeweils schlitzförmig ausgebildet und mit Abstand zueinander auf einer Linie angeordnet, die sich in Längsrichtung X erstreckt. Mehrere solcher Linien sind in der Querrichtung Y zeilenförmig übereinander angeordnet. Dabei sind jedoch die Anfangs- und Endpunkte der Luftaustrittsöffnungen 211 in benachbarten Zeilen nicht auf gleichen Längenpositionen angeordnet. Eine spaltenweise Anordnung exakt übereinander würde zu Längenbereichen führen, in denen keine Luftströmung austritt. Daher ist bevorzugt vorgesehen, die Anfangs- und Endpunkte in benachbarten Zeilen um ein Abstandsmaß A in der Koordinate X versetzt anzuordnen, wobei das Abstandsmaß A nicht größer sein sollte als die Länge L der Luftaustrittsöffnungen 211, um Bereiche zu vermeiden, in denen die Luftströmung unterbrochen ist.
Durch den Versatz um das Maß A bei ansonsten gleicher Länge L der Luftaustrittsöffnungen 211 ergibt sich eine scheinbare Anordnung in einem schräg gestellten Korridor 213, der in einem spitzen Winkel zur Längserstreckung des Düsenbalkens 210 ausgerichtet ist. In Abzugsrichtung des Kunststoffplattenprofils 20, also entlang der Koordinate Y und damit quer zur Längserstreckung des Düsenbalkens 210, gibt es also keine Teilflächen, die nicht von Luft aus den Düsenbalken 210 überstrichen werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Kunststoffschaumplatte mit wenigstens folgenden Schritten: – Aufmischen eines thermoplastischen, mit einem Schäummittel versehenen Kunststoffs in einem Extruder, – Extrudieren des Kunststoffs durch eine Breitschlitzdüse (1) zu einem ebenen Kunststoffplattenprofil (20), – Abschrecken des extrudierten Kunststoffplattenprofils (20) in einer Vorkühleinrichtung (2); – Glätten des Kunststoffplattenprofils (20) in einem Glättwerk (3), – Abziehen des Kunststoffplattenprofils (20) über eine Kühlstrecke (4), dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffplattenprofil (20) – entweder zwischen der Vorkühleinrichtung (2) und dem Glättwerk (3) – oder zwischen der Vorkühleinrichtung (2) und dem Glättwerk (3) und auf der Kühlstrecke (4) hinter dem Glättwerk (3) jeweils an einer Luftkühlvorrichtung (200) durch eine Luftströmung nachgekühlt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftströmung aus parallel zur Oberfläche des Kunststoffplattenprofils (20) ausgerichteten Düsenbalken (210, 220) ausgelassen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftströmung aus sich quer zur Abzugsrichtung des Kunststoffplattenprofils (20) erstreckenden schlitzförmigen Luftaustrittsöffnungen (211, 221) ausgelassen wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftströmung aus in mehreren über die Querrichtung (Y) des Düsenbalkens (210, 220) verteilten Reihen angeordneten, reihenweise in ihrer Längsrichtung (X) versetzt zueinander angeordneten und jeweils einen überlappenden Teilbereich zu benachbarten Luftaustrittsöffnungen (211, 221) aufweisenden schlitzförmigen Luftaustrittsöffnungen (211, 221) ausgelassen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass an der Luftkühlvorrichtung (200) die Luftmenge und/oder die Lufttemperatur und/oder der Abstand zwischen den Luftaustrittsöffnungen und der zu kühlenden Plattenoberfläche in Abhängigkeit von der Plattendicke und/oder der Plattenabzugsgeschwindigkeit verändert werden.
Luftkühlvorrichtung (200) für eine Extrusionsanlage (10) zur Herstellung eines Kunststoffplattenprofils (20), wenigstens umfassend – einen Düsenbalken (210, 220), der einen innen liegenden Strömungskanal aufweist und der wenigstens an seiner dem Kunststoffplattenprofil (20) zuzuwendenden Seite mit einer Vielzahl von Luftaustrittsöffnungen (211, 221) versehen ist sowie – ein Gebläse (250), dessen Luftstrom in den Strömungskanal einleitbar ist.
Luftkühlvorrichtung (200) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftaustrittsöffnungen (211, 221) als Schlitze ausgebildet sind, die sich quer zur Abzugsrichtung (Y) des Kunststoffplattenprofils (20) erstrecken.
Luftkühlvorrichtung (200) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftaustrittsöffnungen (211, 221) in mehreren über die Querrichtung (Y) des Düsenbalkens (210, 220) verteilten Reihen angeordnet sind, wobei die Luftaustrittsöffnungen (211, 221) reihenweise in ihrer Längsrichtung (X) versetzt zueinander angeordnet sind und jeweils einen überlappenden Teilbereich zu benachbarten Luftaustrittsöffnungen (211, 221) aufweisen.
Luftkühlvorrichtung (200) nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenbalken (210, 220) durch ein Hohlkammerprofil aus Leichtmetall gebildet sind.
Luftkühlvorrichtung (200) nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Düsenbalken (210, 220) in wenigstens einer Verstellvorrichtung (230) gelagert ist, über welche der Abstand der Luftaustrittsöffnungen (211, 221) zu dem Kunststoffplattenprofil (10) veränderbar ist.
Plattenextrusionsanlage (10) zur Herstellung eines Kunststoffplattenprofils (20), wenigstens umfassend – einen Extruder; – ein Düsenwerkzeug (1) zur Herstellung eines Kunststoffplattenprofils (20) – eine Vorkühleinrichtung (2) mit wenigstens einem Paar von Kühlrollen, zwischen denen das Kunststoffplattenprofil (20) geführt ist und – ein Glättwerk (3) mit wenigstens zwei Glättrollen, zwischen denen das Kunststoffplattenprofil (20) geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Glättwerk (3) eine Luftkühlvorrichtung (200) nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 10 angeordnet ist.