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DE10242175B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung selbstreinigender Folien im Blasverfahren - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung selbstreinigender Folien im Blasverfahren Download PDF

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DE10242175B4
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Abstract

Vorrichtung zur Herstellung von Blasfolienschläuchen (3), welche mit zumindest einer selbstreinigenden Oberfläche ausgestattet sind, welche Erhebungen aufweist, deren Abstand im Bereich zwischen 5 bis 200 μm liegt und deren Höhe im Bereich zwischen 5 und 100 μm liegt,
wobei die Vorrichtung zur Herstellung von Blasfolienschläuchen (3) folgende Merkmale umfasst:
– einen Extruder (1), welcher Kunststoffschmelze bereitstellt,
– einen Blaskopf (2), welcher über einen ringförmigen Austrittsspalt verfügt,
– eine Abquetschvorrichtung (4) und
– eine Messvorrichtung (6) zur Detektion von Erhöhungen mit einer Höhe zwischen 5 und 100 μm,
mit welcher zumindest Abschnitte (22,23) zumindest einer der Umfangsflächen (21) des Folienschlauchs (3) auf die Anzahl dieser Erhebungen (10) pro Flächen- oder Längeneinheit untersuchbar sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Blasfolienschläuchen, welche zumindest mit einer selbstreinigenden Oberfläche ausgestattet sind, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zu deren Herstellung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 7.
  • Vorrichtungen zur Herstellung von Blasfolienschläuchen sind allgemein bekannt. Derartige Vorrichtungen umfassen einen Extruder, in dem eine Kunststoffschmelze gebildet wird und einen Blaskopf, der über einen ringförmigen Austrittsspalt verfügt, aus dem die Kunststoffschmelze zu einem Folienschlauch extrudiert wird. Des weiteren umfassen die bekannten Vorrichtungen zur Herstellung von Blasfolienschläuchen Mittel zur Erzeugung einer Druckdifferenz zwischen dem Schlauchinneren und -äußeren, die den Folienschlauch nach Verlassen des Ringspaltes aufweitet. Um das Entweichen der den Innendruck erzeugenden Luft zu verhindern, durchläuft der Folienschlauch schließlich eine Abquetschvorrichtung, die üblicherweise aus zwei Abquetschwalzen besteht.
  • Diese Vorrichtungen zur Herstellung von Blasfolienschläuchen verfügen zum Teil über Messvorrichtungen, welche die Dicke der gerade extrudierten Folie messen. Eine solche Messvorrichtung ist in der DE 40 09 982 A1 gezeigt. Diese Vorrichtung erkennt Verdickungen der Folie, welche in der Regel aufgrund von Viskositätsschwankungen der Schmelze entstehen und zu Dickstellen bei der Folie führen.
  • Aus der JP 01078815 A ist sogar eine Flachfolienanlage bekannt, bei der ein Sensor den Dickenverlauf der Folie, welcher durch ein in die Folie eingeprägtes Muster zustande kommt, überwacht.
  • Um Folienschläuche mit einer selbstreinigenden Oberfläche auszustatten, ist es notwendig, die die Folienschläuche herstellenden Blasfolienanlagen zu erweitern.
  • So beschreibt die Patentschrift EP 0 772 514 B1 eine selbstreinigende Oberfläche von Gegenständen, wobei die Oberflächenstruktur im Großen und Ganzen hydrophob ist und Erhebungen aufweist. Die Maße der Durchmesser und gegenseitigen Abstände der Erhebungen liegen innerhalb eines Auswahlbereichs.
  • Es ist möglich, eine solche selbstreinigende Folie im Blasverfahren herzustellen, indem die für Bildung der Erhebungen notwendigen Teilchen – vorzugsweise Nanopartikel – bereits vor der Extrusion der Kunststoffschmelze zugefügt werden. Hierbei können Nanopartikel deutlich kleiner als ein Micrometer sein. Die selbstreinigende Oberfläche kann jedoch auch durch einen Teilchenauftrag mit Erhebungen beaufschlagt werden, welcher nach der Extrusion vorgenommen wird.
  • Darüber hinaus ist es möglich, die Erhebungen aus entsprechenden kleinen Schmelzemengen, welche der Kunststoffschmelze oder dem bereits extrudierten Schlauch beigefügt werden, zu bilden.
  • Bei der Durchführung dieses Verfahrens mit der zuvor beschriebenen Vorrichtung ergibt sich jedoch das Problem, dass der aus der Schmelze extrudierte Folienschlauch an verschiedenen Stellen seines Umfangs unterschiedliche Temperaturen aufweist. Bei der durch den Innendruck hervorgerufene Aufweitung kommt es daher vor, dass wärmere Bereiche deutlich stärker aufgeweitet werden als kühlere Bereiche. Die verschieden aufgeweiteten Bereiche weisen als Folge jedoch auch verschiedene Dichten an Erhebungen auf. Durch eine zu große Aufweitung der Folie und der daraus resultierende zu geringe Dichte an Erhebungen kann jedoch die selbstreinigende Eigenschaft der Blasfolie verloren gehen. Gleiches gilt für eine zu große Dichte an Erhebungen.
    •
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu entwickeln, die sicherstellen, dass die selbstreinigenden Eigenschaften der Blasfolie erhalten bleiben.
  • Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst. Dazu wird eine Messvorrichtung, welche zumindest Abschnitte einer der Umfangsflächen des Folienschlauches auf die Anzahl der Erhebungen pro Flächen- oder Längeneinheit untersucht, eingesetzt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Messvorrichtung aus einer CCD-Kamera oder einer Vorrichtung, die über Lichtquelle verfügt, die Licht auf die Folie emittiert und die zusätzlich über einen optischen Sensor verfügt, der das reflektierte oder durch die Folie transmittierte Licht misst.
  • Weiterhin ist es vorteilhaft, die Messergebnisse einer Steuereinheit zuzuführen. Diese Steuereinheit ist vorteilhafterweise mit Mitteln zum Einstellen des Streckverhältnisses R1/R2, welches die Streckung der Folie in Umfangsrichtung (φ) definiert, und/oder mit Mitteln zum Einstellen des Volumenstroms verbunden und regelt diese Mittel derart, dass sich die Anzahl der Erhebungen pro Flächen- oder Längeneinheit einem Sollwert nähert.
  • Die Mittel zum Einstellen des Volumenstromes als auch des Streckverhältnisses können verschiedene Komponenten umfassen. Zu solchen Komponenten zählen Heiz- oder Kühlaggregate, welche die der Kunststoffschmelze Temperatur und damit ihre Viskosität im Blaskopf beeinflussen, wie sie z. B. in der EP 0 425 797 A1 gezeigt sind. Es können auch Heiz- oder Kühlaggregate vorgesehen werden, die die Temperatur des Folienschlauches über Kühl- oder Heizmedien beeinflussen. Hierzu zählt Blasluft. Solche Kühlaggregate sind z. B. in der DE 42 07 439 A1 und der DE 42 36 443 A1 dargestellt. Eine Beeinflussung des Volumenstromes kann auch durch Mittel zur Änderung des Volumenstroms der Kühlmedien erreicht werden. Ein weiteres Mittel zum Einstellen des Volumenstroms können Mittel zum Einstellen der Breite des ringförmigen Spaltes sein. In den genannten Veröffentlichungen geht es vor allem um die abschnittsweise Beeinflussung des Viskosität der Kunststoffschmelze, da der Volumenstrom als auch das Streckverhältnis abschnittweise geregelt werden soll.
  • Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung umfasst weiterhin ein Mittel zum Messen der Dicke der extrudierten Blasfolie, wie sie in der DE 40 09 982 A1 gezeigt sind.
  • Ein solches Mittel zum Messen der Foliendicke kann einen kapazitiven Sensor oder einen optischen Sensor, der das reflektierte Licht oder das absorbierte Licht untersucht, umfassen. Dieser optische Sensor kann mit der Messvorrichtung identisch sein.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Messergebnisse der Dickenmessung der extrudierten Folie ebenfalls der Steuereinheit zugeführt. In dieser Steuereinheit sind die Sollwerte sowohl für die Dicke und/oder Dickentoleranz der Folie als auch die Sollwerte für die Anzahl der Erhebungen pro Flächen- oder Längeneinheit abgelegt. Aufgrund der Messwerte und der Sollwerte steuert die Steuereinheit die Mittel zum Einstellen des Volumenstroms derart, dass sich die Messgrößen der Foliendicke und der Teilchenanzahl pro Flächen- oder Längeneinheit den Sollwerten nähern.
  • Vorteilhafterweise ist an der Steuereinheit eine Priorisierung vornehmbar, so dass die Steuereinheit die Einstellung der Messwerte einer der beiden Messgrößen gegenüber der Einstellung der anderen Messgröße bevorzugt.
  • Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung enthält Mittel zum Extrudieren von Teilchen an zumindest einer der beiden Flächen des Folienschlauches, wobei die aufzutragende Menge an Teilchen durch Steuersignale eingestellt werden kann.
  • Vorteilhafterweise sind die Mittel zum Extrudieren von Teilchen mit einer Steuereinheit verbunden. Diese Steuereinheit erhält die Messergebnisse von der Messvorrichtung und steuert die Mittel zum Extrudieren von Teilchen derartig, dass sich die Anzahl der Erhebungen pro Flächen- oder Längeneinheit einem Sollwert nähert.
  • Vorteilhafterweise werden zur Erzeugung der Erhebungen Materiepartikel verwendet, die entweder Feststoffpartikel, Nanopartikel oder kleine Volumen einer Schmelze, welche nach dem Erkalten Erhebungen bilden, darstellen.
  • Sowohl der Volumenstrom als auch das Streckverhältnis lassen sich abschnittweise mit den gleichen Vorrichtungsbestandteilen verändern. Verfügt eine Vorrichtung zur Herstellung von Blasfolienschläuchen über eine Mehrzahl unterschiedlicher dieser Vorrichtungsbestandteile, so können durch eine selektive und unterschiedliche Regelung sowohl die Dickensollwerte als auch die Anzahl der Erhebungen pro Flächen- oder Längeneinheit unabhängig voneinander optimiert werden. So kann die Streckung eines Umfangabschnittes durch das Einblasen von Heizluft geschehen, während eine Erhöhung des Volumenstromes durch die Verbreiterung des Austrittsspaltes für eine unabhängige Einstellung, insbesondere für die Beibehaltung, der Foliendicke sorgt.
  • Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung eines Blasfolienschlauches, der mit zumindest einer selbstreinigenden Oberfläche versehen ist, umfasst einen Verfahrensschritt, in dem zumindest Abschnitte zumindest einer der Umfangsflächen des Folienschlauches auf die Anzahl der Erhebungen pro Flächen- oder Längeneinheit untersucht werden.
    •
  • Weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung gehen aus der gegenständlichen Beschreibung und den Ansprüchen hervor.
  • Die einzelnen Figuren zeigen:
  • 1 Vorrichtung zum Herstellen eines Folienschlauches
  • 2 Ausschnitt aus einem Folienschlauch mit einer ungleichmäßigen Dichte von Erhebungen
  • 3 Ausschnitt aus einem Folienschlauch mit einer gleichmäßigen Dichte von Erhebungen
  • 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung von Folienschläuchen mit zumindest einer selbstreinigenden Oberfläche. Dem Folienblaskopf 2 wird über eine Förderschnecke 1 das zu extrudierende Material, das über einen Trichter eingefüllt wird, zugeführt. Die Förderschnecke 1 wird über einen Motor angetrieben. Das Material wird im Folienblaskopf 2 in nicht näher dargestellter Weise geschmolzen und in einen nicht dargestellten Ringspalt gepresst. Aus diesem Ringspalt wird der Folienschlauch 3 extrudiert. Dieser Folienschlauch weist auf zumindest einer Fläche Erhebungen 10 auf. Dabei weist der Folienschlauch 3 einen Radius R1 auf, der im wesentlichen identisch mit dem Radius des Ringspaltes ist. Die Extrusionsgeschwindigkeit ist mit V1 bezeichnet. Durch das nicht näher erläuterte Erzeugen eines Innendrucks wird die Blasfolie 3 im weiteren Verlauf auf einen Radius R2 aufgeweitet, wobei die gedachte Mittelachse 5 des Folienschlauchs 3 erhalten bleibt. Damit die den Innendruck sicher stellende Luft nicht entweichen kann, durchläuft der Folienschlauch 3 eine Abquetschvorrichtung 5, die aus zwei Abquetschwalzen besteht, zwischen welchen die Folie läuft. Von diesem Abquetschwalzenpaar ist nur die vordere Abquetschwalze 4 sichtbar. Die Umfangsgeschwindigkeit der Abquetschwalzen V2 kann jedoch anders gewählt sein als die Extrusionsgeschwindigkeit V1. Das hat zur Folge, dass der Folienschlauch gestreckt (bei V2 > V1) wird. Unmittelbar vor dem Einlaufen des Folienschlauches 3 in die Abquetschvorrichtung 5 beträgt die Fördergeschwindigkeit des Folienschlauches ebenfalls V2. Hat nun der Blasfolienschlauch bereichsweise verschiedene Temperaturen, kann der Radius R2 in diesen Bereichen ebenfalls unterschiedlich sein, was Auswirkungen auf Anzahl der Erhebungen pro Flächen- oder Längeneinheit hat. Um jedoch eine gleichmäßige Anzahl an Erhebungen pro Flächen- oder Längeneinheit zu erhalten, wird diese Anzahl mit dem Messgerät 6 bestimmt. Das Messgerät 6 ist in einer nicht näher dargestellten Weise in einem Gestell gelagert, so dass eine Bewegung des Messgerätes um den Folienschlauch herum in Richtung des Doppelpfeiles A möglich ist. Die so erhaltenen Messergebnisse werden einer Auswert- und Regeleinheit 7 zugeführt. Die Auswert- und Regeleinheit vergleicht die Messergebnisse mit einem Sollwert und steuert das Heizelement 8 derart, dass sich über die Temperaturverteilung auf dem Umfang des Folienschlauches eine konstante Anzahl von Erhebungen pro Flächen- oder Längeneinheit ergibt. Derartige Heizelemente können über den gesamtem Folienblaskopf verteilt sein, jedoch ist exemplarisch nur das Heizelement 8 dargestellt. Auf gleiche Weise kann die Auswert- und Regeleinheit das Kühl- und Heizelement 9 steuern, um eine bereichsweise zu hohe Temperatur des Folienschlauches ausgleichen zu können. Eine Vielzahl von Kühl- und Heizelementen 9 können einen Kühl- und Heizring bilden, so dass alle Bereiche des Folienschlauches gekühlt und/oder geheizt werden können.
  • 2 zeigt eine Projektion eines Ausschnitt 21 eines Folienschlauchs, dessen Breite sich aus dem Radius R2 und betrachteten Winkelbereich in Umfangsrichtung φ ergibt. Der Bereich A hat sich in Umfangsrichtung zuwenig gestreckt, während sich der Bereich in Umfangsrichtung φ zu viel gestreckt hat. Dieser Umstand kann mit einer zu niedrigen (Bereich A) und mit einer zu hohen Temperatur (Bereich B) der Kunststoffschmelze zu tun haben. Eine solche ungleiche Streckung über den Schlauchumfang kann jedoch auch aufgrund anderer Umstände eintreten. In jedem Fall ist die in 2 gezeigte ungleichen Verteilung der Erhebungen 10 in dem Ausschnitt 21 unerwünscht. Aufgrund der geschilderten Probleme wird die Anzahl an Erhebungen 10 pro Längeneinheit insbesondere in Umfangsrichtung φ des Folienschlauches beobachtet.
  • 3 zeigt eine Ausschnitt 24 aus einem Folienschlauch 3, welcher 24 ebenfalls die Breite R2φ hat. Der Abschnitt 24 weist gleichmäßige Abstände der Erhebungen 10 auf. Hierzu wurde die Anzahl der Erhebungen pro Flächen- oder Längeneinheit gemessen und aufgrund eines Vergleiches dieses Messwertes mit dem Sollwert wurde die Temperatur des Folienschlauchabschnittes 22 so eingestellt, dass sich die dargestellte, nahezu gleichmäßige Verteilung der Erhebungen pro Flächen- oder Längeneinheit ergibt.
  • Figure 00090001

Claims (10)

  1. Vorrichtung zur Herstellung von Blasfolienschläuchen (3), welche mit zumindest einer selbstreinigenden Oberfläche ausgestattet sind, welche Erhebungen aufweist, deren Abstand im Bereich zwischen 5 bis 200 μm liegt und deren Höhe im Bereich zwischen 5 und 100 μm liegt, wobei die Vorrichtung zur Herstellung von Blasfolienschläuchen (3) folgende Merkmale umfasst: – einen Extruder (1), welcher Kunststoffschmelze bereitstellt, – einen Blaskopf (2), welcher über einen ringförmigen Austrittsspalt verfügt, – eine Abquetschvorrichtung (4) und – eine Messvorrichtung (6) zur Detektion von Erhöhungen mit einer Höhe zwischen 5 und 100 μm, mit welcher zumindest Abschnitte (22,23) zumindest einer der Umfangsflächen (21) des Folienschlauchs (3) auf die Anzahl dieser Erhebungen (10) pro Flächen- oder Längeneinheit untersuchbar sind.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (6) – eine CCD-Kamera ist oder – eine Vorrichtung ist, welche über eine Strahlungsquelle – für elektromagnetische Strahlung wie Licht oder Partikelstrahlung wie Betastrahlung – verfügt, wobei mit der Strahlungsquelle Strahlung auf die Folie (3) emittiert werden kann und dass zumindest ein Sensor vorgesehen ist, mit dem die reflektierte Strahlung und/oder die Strahlung, die die Folie (3) durchdringt, auf zumindest eine physikalische Eigenschaft - wie Intensität oder Beugung – untersuchbar ist.
  3. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche gekennzeichnet durch eine Steuereinheit (7), welche mit der Messvorrichtung (6) in Kontakt steht und weiche mit Mitteln (8,9) zur Einstellung des Streckverhältnisses (R1/R2) in Umfangsabschnitten (21, 24) des Foliensclauchs (3) verbunden ist und diese Mittel (8,9) ansteuert, so dass sich die Anzahl der Erhebungen (10) pro Flächen- oder Längeneinheit einem Sollwert nähert.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (8,9) zur Einstellung des Streckverhältnisses (R1/R2) eine oder mehrere der folgenden Komponenten umfassen: – Heiz oder Kühlaggregate (8), mit welchen die Temperatur der Kunststoffschmelze im Blaskopf in Abschnitten der Umfangsfläche des Ringspaltes beeinflussbar ist, – Heiz oder Kühlaggregate (9), mit welchen die Temperatur des Folienschlauchs (3) über Kühl- oder Heizmedien – wie Blasluft – in Abschnitten des Umfangs des Folienschlauches (21,24) beeinflussbar ist, – Mittel zur Änderung des Volumenstroms der Kühlmedien, welche Abschnitte (21,24) des Umfangs des Folienschlauchs bestreichen, – Mittel zur Einstellung der Breite des ringförmigen Spalts in Abschnitten des Umfanges des Spaltes.
  5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche gekennzeichnet durch ein Mittel zum Messen der Dicke der extrudierten Folie (3).
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Messen der Dicke der extrudierten Folie (3) zumindest eines der folgenden Elemente umfassen: – einen kapazitiven Sensor – einen optischen Sensor, welcher das reflektierte oder absorbierte Licht untersucht und welcher mit der Messvorrichtung (6) identisch sein kann.
  7. Verfahren zur Herstellung von Blasfolienschläuchen, welche mit zumindest einer selbstreinigenden Oberfläche ausgestattet sind mit einer Vorrichtung nach den Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass dass die Messergebnisse der Mittel zum Messen der Dicke der extrudierten Folie (3) der Steuereinheit (7) zugeführt werden und dass die Meßergebnisse der Meßvorrichtung (6) für die Teilchenanzahl pro Flächen- oder Längeneinheit der Steuereinheit (7) zugeführt werden, und dass in der Steuereinheit (7) Sollwerte sowohl für die Dicke und/oder Dickentoleranzen der Folie (3) als auch für die Teilchenanzahl pro Flächen- oder Längeneinheit abgelegt sind, und dass die Steuereinheit (7) die Mittel (8,9) zur Einstellung des Volumenstroms der Kunststoffschmelze und/oder des Streckverhältnis R1/R2 ansteuert, so dass sich die Messgrößen Foliendicke und Teilchenanzahl pro Flächen- oder Längeneinheit den Sollwerten nähern.
  8. Verfahren nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass an der Steuereinheit (7) eine Priorisierung vorgenommen wird, welche dazu führt, dass die Steuereinheit (7) die Einstellung der Sollwerte einer der beiden Messgrößen gegenüber der Einstellung der anderen Messgröße priorisiert.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass Teilchen (10) an zumindest einer der beiden Flächen des Folienschlauchs (3) aufgetragen werden, wobei die Auftragsmenge der Teilchen (10) durch Steuersignale eingestellt werden kann.
  10. Verfahren nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Extrudieren von Teilchen (10) mit einer Steuereinheit (7) verbunden sind, welcher die Messergebnisse der Messvorrichtung (6) zugeführt werden, und dass die Steuereinheit (7) die Mittel zum Extrudieren von Teilchen (10) ansteuert, so dass sich die Anzahl der Erhebungen (10) pro Flächen- oder Längeneinheit einem Sollwert nähert.
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