Extrusion 1-2018

Gesteigerte Effizienz in der Blasfolien- produktion durch den Einsatz einer Kontaktkühlung Eine der wichtigsten Anforderung an eine Blasfolienanlage ist die Wirtschaftlichkeit der Folienproduktion, welche maßgeblich von der Ausstoßleistung abhängig ist. Die Ausstoß- leistung wird dadurch bestimmt, wie schnell die Wärme aus dem Extrudat abgeführt werden kann [1,2,3]. Auf dem Markt gibt es diverse Ansätze zur Steigerung der Kühl- leistung. Jedoch lassen sich Steigerungen der Ausstoßraten oft nur durch hohe Investitionen in moderne Blasfolienanlagen realisieren. I nsbesondere für kmU sind solche Investitionen nur schwer möglich, sodass diese Unternehmen zunächst versuchen, den bestehenden Produktionspark zu modernisieren, bevor sie eine Großinvestition tätigen. Hierzu werden Nachrüstlösungen ein- gesetzt, die es den kmU ermöglichen, mit aktuellen Produkti- onsanlagen Schritt zu halten. Ein Ansatz einer solchen Nachrüstlösung stammt von Ohlen- dorf [4]. Sein Konzept besteht aus einer Symbiose aus indirek- ter Wasserkühlung und konvektiver Luftkühlung [5]. Dafür wird dem Schmelzeschlauch direkt nach Düsenaustritt mit einer Kontaktkühlhülse Wärme entzogen. Nach dieser Vorkühlung erfolgt dann die konventionelle Luftkühlung. Dieses Konzept erhöht die Kühlleistung bei anhaltender Flexibilität der Folien- größe, da die Blasenerweiterung erst nach Verlassen der Kühl- hülse erfolgt. Großer Vorteil der Technologie ist, neben der Leis- tungssteigerung, die einfache Nachrüstbarkeit in vorhandene Anlagentechnik. Konzept der Kontaktkühlhülse Den prinzipiellen Aufbau einer solchen Kontaktkühlhülse zeigt . Durch die Kühlhülse wird der aus dem Blaskopf austre- tende Schmelzeschlauch auf eine Temperatur oberhalb des Kristallitschmelzbereiches des jeweiligen Kunststoffes abge- kühlt. Nur so kann der Schmelzeschlauch nachfolgend noch aufgeblasen werden. Durch den herrschenden Überdruck im Inneren des Folienschlauches wird ein Kontakt zur Kühlhülse si- chergestellt [5]. Die Kontaktfläche ist austauschbar und in ein wassertemperier- tes Gehäuse integriert. Auf diese Weise ist eine einfache An- passung der Hülse, durch eine Änderung der Eintritts- und Aus- trittdurchmesser, an unterschiedliche Materialien möglich. Grundkörper und Innenhülse sind aus Messing gefertigt, wo- durch aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit des Materials ei- 42 Aus der Forschung – Blasfolienextrusion Extrusion 1/2018 Bild 1: Konzept und Aufbau der Kontaktkühlung mittels Kühlhülse (Bilder: IKV) ne sehr hohe Wärmeabfuhr ermöglicht wird [6]. Die Kühlhülse wird mit einem kleinen Spalt direkt über dem Düsenaustritt platziert. Der Spalt stellt die thermische Trennung zwischen der heißen Düse und der Kühlhülse sicher. Um ein Ankleben der Schmelze auf der Kühlhülsenoberfläche zu vermeiden, ist die Innenfläche mit einer Topocrom-Oberfläche (Topocrom GmbH, Stockach) beschichtet. Für eine effiziente Kühlung muss ein permanenter Kontakt des Schmelzeschlauches zur Kühlfläche garantiert werden, was durch eine geeignete Verjüngung tap (Gl. 1) der Kühlhülsen- bohrung in Extrusionsrichtung erreicht wird. Es ist sicherzustel- len, dass der Schmelzeschlauch weder den Kontakt zur Kühlflä- che verliert, noch durch die Verjüngung gestaucht wird. (Gl. 1) Verliert der Schmelzeschlauch den Kontakt zur Kühlfläche, so wird dieser nur teilweise gekühlt. Wird der Schmelzeschlauch durch die Verjüngung zu stark zusammengepresst, kann es zu Faltenbildung führen. Um diese Effekte zu vermeiden, muss die Kühlhülsengeometrie das Schwellen nach Düsenaustritt und das Schrumpfen aufgrund der Abzugsgeschwindigkeit und der Abkühlung des Polymers ausgleichen. Potenzial aufgezeigt Die Realisierbarkeit des vorgestellten Kühlhülsenkonzeptes wurde erstmalig an einer Versuchsanlage am IKV für Blasfolien aus PE-LD erfolgreich gezeigt. So konnte der maximale Masse- durchsatz durch den Einsatz der Kühlhülse signifikant um bis zu 24 % gesteigert werden. Durch experimentelle Versuche mit verschiedenen Kühlhülsen wurde eine für das verwendete Ma- terial optimale Kühlhülsengeometrie bestimmt. Für das unter- suchte PE-LD ergab sich demnach eine ideale Kühlhülsenverjün-