Extrusion 8-2018

Mehr Effizienz durch Flexibilität Anwendungen von Kunststofffolien reichen von einfachen Tragetaschen, über Hygiene- artikel wie Windeleinlagen bis hin zu Abdeckplanen in der Landwirtschaft [WB07, Wen11]. Alle Produkte haben dabei gemein, dass sie bei maximalen Massedurchsätzen hergestellt werden müssen, um eine maximale Effizienz der Produktionsanlage zu gewährleisten. Da der Massedurchsatz und somit die Produktivität einer Blasfolien- anlage stark von der Höhe des Wärme- entzugs aus dem Folienschlauch abhängt, werden bestehende Kühlsysteme stetig weiterentwickelt und optimiert. Mehr Effizienz durch verbesserten Wärmeübergangskoeffizienten Bei konventionellen Blasfolienanlagen er- folgt die Kühlung der Folienblase kon- vektiv mittels Luftkühlringen und Blasen- Innenkühlungen (IBC). Ein wesentlicher Nachteil einer konvektiven Kühlung ist der geringe Wärmeübergangskoeffi- zient, welcher sich zum Beispiel durch ei- ne höhere Strömungsgeschwindigkeit der Kühlluft steigern lässt [NN13]. Durch sich einstellende Blasen- bzw. Prozessin- stabilitäten bei zu hohen Strömungsge- schwindigkeiten ist eine beliebige Steige- rung des Kühlluftvolumenstromes je- doch nicht möglich. Eine Lösung zur Ver- meidung solcher Instabilitäten, trotz ho- her Strömungsgeschwindigkeiten, liegt beispielsweise in der Verwendung von Doppellippenkühlringen oder sogenann- ten „Kaminen“ ( ). Letztere werden dem Kühlring nachge- schaltet und erreichen zunächst durch ei- ne geometrische Begrenzung eine ge- zielte Führung der Luftströmung. Weiter- hin ist es so möglich, den sogenannten Venturi-Effekt durch eine Verengung des Strömungsquerschnittes zwischen der Folienblase und dem Kamin hervorzuru- fen. Der Venturi-Effekt basiert in Theorie auf der Bernoulli-Gleichung, die besagt, dass die spezifische Energie entlang ei- 36 Aus der Forschung – Blasfolienextrusion Extrusion 8/2018 Bild 1: Schematischer Aufbau eines Doppellippenkühlrings mit Kamin (Bild: Addex Inc.) ner Stromlinie konstant ist [Sch10, SV05, URL96, ZL07]. Aufgrund des Energieer- haltungssatzes führt eine Veränderung der Fließgeometrie zu einer Geschwin- digkeitsänderung des Fluids, sodass sich der statische Druck ändert. Bei einer Querschnittsverengung steigt die Strö- mungsgeschwindigkeit, sodass der stati- sche Druck abnimmt. Durch die Erhö- hung der Strömungsgeschwindigkeit bei gleichzeitigem Absinken des Luftdrucks in diesem Bereich können sowohl der Wärmeübergang als auch die Blasensta- bilität erhöht werden [NN89]. Um die Vorteile des Venturi-Effekts nutzen zu können, muss allerdings eine signifikante Verringerung des Strömungsquerschnitts zwischen Folienblase und Kamin erfol- gen. Dies ist, wegen der verschiedenen Folienblasengeometrien, die sich abhän- gig vom Prozesszustand und der Folien- breite einstellen, sowie der starren Geo- metrie des Kamins nur in Grenzen mög- lich. Somit kann durch die Verwendung eines Kamins die Effizienz der Kühlung zwar verbessert werden, ein großes Po- tenzial dieser Technik ist bisher aber un- genutzt. Adaptiv verstellbarer Kamin Ein Vorteil des dargestellten Kamins stellt die Nachrüstbarkeit dar. Dadurch können hohe Investitionskosten vermieden wer- den. Nachteilig ist jedoch die fehlende Flexibilität für eine konturnahe Anpas- sung des Führungssystems an die Blasen- form. Daher besteht das Ziel eines aktu- ellen IGF-Forschungsvorhabens 20100 N am IKV in der Entwicklung und Bewer- tung eines adaptiven, nachrüstbaren Luftführungssystems, welches durch ei- ne flexible Anpassung des Strömungs- querschnittes mittels luftführender Membran eine signifikante Steigerung des Massedurchsatzes bei gleichzeitig stabiler Folienblase ermöglichen soll. Für die Entwicklung und Erprobung eines solch flexibel verstellbaren Systems muss zunächst die Blasenkontur in Abhängig- keit der Prozessparameter charakterisiert werden, da die Geometrie der luftfüh- renden Membran an diese angepasst werden muss. Daher werden Extrusions- versuche bei verschiedenen Prozesszu- ständen durchgeführt und die resultie- rende Blasenkontur bestimmt. Optische Vermessung des Folienschlauches Der Blasendurchmesser wird in Abhän- gigkeit der Höhe über dem Düsenaustritt optisch erfasst. Als Material kommt ein PE-LD (2102N0W) der Firma Sabic Europe, Geleen, zum Einsatz. Aus der