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SPEC I A L

HEINZ GROSS

Die Extrusion von Folien mithöchster optischer Qualität erfor-dert ähnlich wie es auch bei der

Fertigung transparenter Platten üblichist, den Einsatz eines Glättwerks. Haupt-bestandteil des Glättwerks sind zwei sichgegenläufig drehende Walzen mit hoch-glanzpolierten Oberflächen. Die Walzenkühlen die Schmelze ab und übertragengleichzeitig ihre Oberflächenqualität aufdie Folienoberflächen. Der bei der Her-stellung von dickeren Platten relativ un-kritische Prozess wird allerdings proble-matisch, wenn die Dicke der Folie be-stimmte Grenzen unterschreitet. Prinzi-piell unterliegen diese Grenzen aucheiner gewissen Materialabhängigkeit.Verallgemeinernd aber gilt, dass es ex-

trem schwierig ist, Folien mit einer Dickevon unter 100 µm in größeren Breitenbeidseitig zu glätten. Der Grund hierfürist, dass das in den Glättspalt einlaufen-de extrem dünne Schmelzeband beimBerühren der gekühlten Walzenober-fläche nahezu schlagartig erstarrt. Somitbefindet sich dann im engsten Spalt derWalzen keine Schmelze mehr, sondernein Feststoff. Das aus dem Extrusions-werkzeug austretende Schmelzeband be-sitzt aber immer minimale Dickenunter-schiede, was dazu führt, dass der dicksteBereich den Abstand bestimmt, den diebeiden Walzenoberflächen im engstenSpalt einnehmen. Minimal dünnere be-nachbarte Bereiche des Schmelzebandskommen deshalb nicht mit einer Wal-zenoberfläche in Berührung. Eine Über-tragung der Oberflächenqualität derWalze auf das einlaufende Schmelzebandist somit in diesen Bereichen nicht mög-lich.

Stand der Technik

In der Patentliteratur sind unterschiedli-che Ansätze zur Lösung des Problems zufinden [1–3]. In der Praxis haben sich in-zwischen vorrangig zwei Verfahren eta-bliert. Entweder man versieht die Glätt-walze mit einem elastisch nachgebendenGummimantel (Bild 1), der bei geringerSpaltkraft den Dickenunterschieden dereinlaufenden Schmelze folgt, oder manbenutzt zum Glätten der zweiten Folien-oberfläche ein relativ dünnes Stahlband,das ebenfalls der Oberflächengeometriedes Schmelzebands folgt.

In beiden Fällen sind Abstriche bezüg-lich der angestrebten Abzugsgeschwin-digkeit in Kauf zu nehmen, da sowohl dasStahlband als auch die gummierte Walzebei Weitem nicht die Kühlleistung errei-chen, die man mit einer reinen Stahlwal-ze gewohnt ist. Zusätzlich sind die Stand-zeiten sowohl der Stahlbänder als auchder gummierten Walze relativ kurz. Nochkritischer ist jedoch, dass speziell bei dergummierten Walze die erreichbare Ober-flächenqualität nicht mit der vergleichbarist, die mit einer hochglanzpoliertenStahlwalze erreicht werden kann.

Bemühungen, durch Erhöhen der Zu-haltekräfte des Glättwerks das Schmelze-band über der gesamten Breite zu glätten,verursachen nicht tolerierbare Walzen-durchbiegungen und dadurch bedingtschlechtere Dickentoleranzen in der Folie.Dem versucht man entweder durch Bom-bieren der Walze oder auch durch Ver-größerung des Durchmessers sowie spezi-elle Walzenausführungen mit Biegelinien-Kompensation zu begegnen. Die Detail-probleme, die dabei entstehen, sollen andieser Stelle nicht ausführlich erläutertwerden.Sie sind in [4] detailliert beschrie-ben. Deshalb wurde vorgeschlagen, kleineWalzen zu verwenden und die Zuhalte-kräfte des Glättwerks zu minimieren. Zudieser Zeit waren jedoch die Dickentole-ranzen des aus dem Breitschlitzwerkzeugaustretenden Schmelzebands nicht so ge-

Touchierte GlätteFolienherstellung. Mit einem gezielt modifizierten Pilotglättwerk ließen sich

auf Anhieb extrem dünne Folien mit einer optischen Qualität herstellen.

Die Glättwalze hat einen vergleichsweise geringen Durchmesser und verfügt über

einen flexiblen Stahlmantel.

ARTIKEL ALS PDF unter www.kunststoffe.deDokumenten-Nummer KU110420

Glättwerk mit vertikaler Walzenanordnung, das mit einer federnden Zuhaltung nachgerüstet und indas die Glättwalze mit der flexiblen Oberfläche integriert worden ist (Foto: Groß)

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ring wie heute, sodass von der Glättwalzedeutlich größere Dickenunterschiede aus-geglichen werden mussten, als dies inzwi-schen notwendig ist.

Zuhaltung über Federn

Nachdem inzwischen beim aktuellenStand der Technik nur noch Dickenun-terschiede im einlaufenden Schmelze-band von kleiner 0,01 mm ausgeglichenwerden müssen, liegt ein Toleranzbereichvor, in dem auch der Einsatz rein metal-lischer Walzen realistisch erscheint. Folg-lich wurde die alte Strategie der Minimie-rung der Zuhaltekräfte und der Verwen-dung einer Glättwalze mit einem kleinenDurchmesser [4] wieder aufgegriffen undein Glättwerk entsprechend modifiziert.Zusätzlich wurde in enger Kooperationmit der van Baal GmbH in Krefeld eineneue rein metallische Walze konzipiertund gebaut, die einen relativ kleinenDurchmesser von nur 180 mm aufweist.Entscheidend modifiziert wurde dieseWalze aber in der Hinsicht, dass sie einensehr dünnen Außenmantel besitzt, deraufgrund seiner bewusst reduziertenSteifheit auch den Dickenunterschiedendes einlaufenden Schmelzebands folgenkann.

Zur Herstellung des dünnen flexiblenMantels wurde eigens eine neuartige Fer-tigungsmethode entwickelt. Zunächstgalt es, eine Walze mit einem sehr dün-nen Walzenmantel herstellen zu können,die dann auch die inzwischen üblichenRundlauftoleranzen von konventionellenWalzen besitzt. Die zweite Herausforde-rung bestand darin, die Oberfläche desdünnen nachgiebigen Walzenmantels so

zu schleifen, dass ebenfalls wieder dieOberflächenqualität erreicht wird, dieheute von konventionellen steifen Glätt-walzen gefordert wird. Nach einigen De-tailoptimierungen und Modifikationender Fertigungstechnik ist dies inzwischengelungen. Es konnte eine erste Testglätt-walze mit einer Ballenbreite von 800 mmund einem Durchmesser von nur180 mm in der geforderten Qualität her-gestellt werden.

Diese Walze wurde in ein für das Glät-ten von dünnen Folien vorteilhaft konzi-piertes Glättwerk eingebaut [5], bei demdie Achsen der Walzen, die den Glättspaltbilden, in einer horizontalen Ebene lie-gen. Mit diesem Glättwerk wurden bisherdünne Folien mithilfe von zwei konven-tionellen starren Glättwalzen mit einemDurchmesser von 300 mm hergestellt.Um während der Versuche die Spaltkräf-te minimieren und speziell auch konstanthalten zu können, wurden die notwendi-gen geringen Spaltkräfte mittels zweiereinfacher Spiralfedern aufgebracht, so-dass die Folienoberfläche von der Walzeim Glättspalt nur noch touchiert wird.

Das Titelbild zeigt einen Ausschnitt desGlättwerks, in dem die federnde Zuhal-tung und der Randbereich der hochglanz-polierten flexiblen Walze zu sehen sind.

Pilotglättwerk erzeugt optische Qualität

Mit dem so modifizierten Pilotglättwerkließen sich auf Anhieb extrem dünne Fo-lien mit einer optischen Qualität herstel-len (Bild 2). Sie kam der Qualität von Fo-lien gleich, die auf einer größeren Pro-duktionsanlage, allerdings mit einergrößeren Dicke und mit jahrelanger Er-fahrung in Bezug auf die einzustellendenProzessparameter hergestellt werden. Ge-genüber der geringsten Dicke, die bisherauf dem Pilotglättwerk bei diversen Test-läufen mit konventionellen Walzen er-reicht worden ist, konnte mit dem mo-difizierten Glättwerk und der eingebau-ten Walze mit dem flexibel nachgiebigenMantel auf Anhieb eine Dickenreduk-tion von 35 % erreicht werden, ohne dassdabei die bei Verwendung von massivenWalzen und starren Walzenzuhaltungenbekannten Probleme der extrem schwan-kenden Spaltparameter auftraten. Dieslag unter anderem auch daran, dass dieFolien im Endeffekt mit einer spezifi-schen Linienkraft von nur 60 N/cm her-gestellt werden konnten. Bei derart ge-ringen Zuhaltekräften treten auch beikleinen Walzendurchmessern vernach-lässigbare Walzendurchbiegungen auf.Eindeutiges Indiz dafür war, dass die Ver-suchsfolie im Randbereich nur minimaldicker war als in der Mitte.

Ausblick

Die Versuche sind zwar mit einem Glätt-werk erzielt worden, das einerseits einevorteilhafte horizontale Walzenanord-nung besitzt und das zudem auch nochbei der Zuhaltung modifiziert worden ist.Bei genauer Bewertung aller im Rahmender Versuche gewonnenen Ergebnisse

Bild 1. Folienglättwerk mit integrierter gummierter Glättwalze (Foto: KraussMaffei Berstorff)

Bild 2. Vergleich desSchattenbilds der Test-folien, die im Chill-Roll-Verfahren (rechte Hälftemit in Extrusionsrichtungverlaufenden Düsenstrei-fen) bzw. die mit einemgeschlossenen Glättspalt(linke Hälfte ohne Düsen-streifen) hergestellt wor-den sind (Foto: Groß)

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kann allerdings davon ausgegangen wer-den, dass, unabhängig von der Walzenan-ordnung und der im jeweiligen Glättwerkvorhandenen Zuhaltung, allein mit demAustausch einer konventionellen steifenWalze durch eine Walze mit einem flexi-bel nachgiebigen Mantel viele momentanbestehende Probleme bei dem Versuch,Folien in noch geringerer Dicke beidsei-tig zu glätten, bereits gelöst werden.Wennman allerdings das Minimum der tatsäch-lich möglichen Dicke anstrebt, dann wirdman wohl ein spezielles Glättwerk einset-zen müssen,das eine vorteilhafte horizon-tale Walzenanordnung und eine Zuhal-tung besitzt, die dafür sorgt, dass bei klei-nen und vor allem konstanten Spaltkräf-ten die Folienoberfläche geglättet wird.Aus diesem Grund sind momentan zweiWalzen in Produktionsgröße in Planung,die allerdings von der Nachgiebigkeit desMantels unterschiedlich ausgelegt seinwerden. Eine Walze ist vorgesehen, um inein ganz konventionelles Glättwerk mitvertikaler Walzenanordnung integriert zuwerden. Die zweite Walze wird speziell soausgelegt sein, dass sie in ein Glättwerkintegriert werden kann, das in Analogiezu dem beschriebenen Pilotglättwerk ho-rizontal konzipiert ist.�

LITERATUR

1 Patentschrift DE 697 21 143 T2: Walze, Maschineund Verfahren zum Herstellen von dünnen Folien(Prioritätsdatum 09.02.1996) Shimizu, A.

2 Patentschrift DE 199 25 420 A1: Elastische Walzeund Verfahren zum Herstellen einer solchen (An-meldetag: 02.06.1999) Villinger, P.

3 Patentschrift DE 10 2005 017 184 A1: Walze fürdie Kunststoffverarbeitung (Anmeldetag:13.04.2005), Krampf, N.; Rieg, P.; Roth, H.; Huth, K.

4 Groß, H.: Kleine Kräfte – dünne Folien. Kunststof-fe 84 (1994) 11, S. 1548–1551

5 Groß, H.: Wie sieht die günstigste Walzenanord-nung aus? Kunststoffe 87 (1997) 5, S. 564–568

DER AUTOR

DR.-ING. HEINZ GROSS, geb. 1950, ist seit 1993Inhaber der Groß Kunststoff-Verfahrenstechnik, Roß-dorf; heinz-gross@t-online.de

SUMMARY

TOUCH-UP POLISHINGFILM PRODUCTION. Extremely thin films in optical qual-ity could be produced immediately on a pilot line by us-ing a specially modified polishing roll stack. Its polish-ing roll is relatively small in diameter and equipped witha flexible steel jacket.

Read the complete article in our magazine Kunststoffe international and on www.kunststoffe-international.com

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