Entwicklung einer flexiblen Luftführungseinheit zur Steigerung der Kühlleistung von Blasfolienextrusionsanlagen

Von:

Lars Kraus

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Der durchsatzbestimmende Faktor einer Blasfolienanlage ist ihre maximal erreichbare Kühlleistung. Konventionelle Blasfolienanlagen verwenden für den Wärmeentzug aus der Folie in der Regel Doppellippenkühlringe, indem sie Kühlluft mit hoher Geschwindigkeit gegen die Folienblase strömen. In der Schlauchbildungszone hat die Folienblase jedoch nur eine begrenzte Schmelzefestigkeit, was die Kühlluftgeschwindigkeit aufgrund von Blaseninstabilitäten limitiert. Wegen des Risikos von Blasenabrissen sind die Anlagenbediener von Extrusionslinien daher gezwungen, die Produktionsgeschwindigkeit zu reduzieren, was die Effizienz der Anlage mindert. Vor diesem Hintergrund wird eine Luftführungseinheit (LFE) mit einem einstellbaren sowie flexiblen Strömungsspalt entwickelt, um die Kühlleistung und den Massedurchsatz material- und prozesspunktunabhängig zu erhöhen. Das Grundprinzip der LFE basiert auf einer gezielten Reduzierung des Strömungsspaltes, um den Venturi-Effekt zu induzieren. Aufgrund der Bernoulli-Gleichung führt eine Verengung des Strömungsspaltes zu einer Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit, was wiederum den statischen Druck im Strömungsspalt senkt und die Folienblase auch bei höheren Kühlluftvolumenströmen stabilisiert. Für die Erzeugung eines möglichst konturnahen Strömungsspaltes sieht die LFE eine flexible, luftführende sowie transparente TPU-Membran vor, deren Einstellung mittels sechs in Extrusionsrichtung gestaffelter Irisblenden erfolgt. Durchgeführte Extrusionsversuche zeigen das Potenzial der Entwicklung. Der Durchsatz kann im Vergleich zum konventionellen Prozess durchschnittlich um ca. 30 % gesteigert werden. Besonders positiv auf die Massedurchsatzsteigerung wirken sich hohe Gebläseleistungen, geringe Aufblasverhältnisse, hohe Schmelzetemperaturen sowie geringe Foliendicken aus, was Durchsatzsteigerungen von bis zu ca. 120 % ermöglicht. Allerdings führt der Einsatz der LFE zu einer durchschnittlichen Zunahme der Foliendickenschwankung über den Umfang von ca. 3 % - Punkte, während die mechanischen und optischen Folieneigenschaften nahezu konstant bleiben. Lediglich der Schrumpf wird geringfügig beeinflusst, sodass sich im Vergleich zum konventionellen Prozess ein tendenziell ca. 5 % - Punkte höherer Längs- sowie ein ca. 10 % - Punkte höherer Querschrumpf ergeben. Insgesamt zeigt sich somit ein positiver Einfluss der entwickelten Luftführungseinheit auf die Blasfolienextrusion, sodass die Entwicklung ein großes Potenzial für eine adaptive Nachrüstung industrieller Blasfolienanlagen darstellt. Daher erfolgt auf Basis der Untersuchung im Labormaßstab ein Scale-Up der Technologe auf einen industriellen Prozess. Auch in diesem kann das große Potenzial der Entwicklung bestätigt werden, wonach sich durch deren Einsatz das Produktionsvolumen um ca. 34 % erhöht.