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DE2721169C2 - Verfahren und Anlage zum Aufbereiten von Thermoplasten oder Duroplasten - Google Patents

Verfahren und Anlage zum Aufbereiten von Thermoplasten oder Duroplasten

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DE2721169C2
DE2721169C2 DE2721169A DE2721169A DE2721169C2 DE 2721169 C2 DE2721169 C2 DE 2721169C2 DE 2721169 A DE2721169 A DE 2721169A DE 2721169 A DE2721169 A DE 2721169A DE 2721169 C2 DE2721169 C2 DE 2721169C2
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbereiten von Thermoplasten oder Duroplasten nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Zur Durchführung eines solchen Verfahrens ist aus der Zeitschrift »Kunststoffe«, 1968, Heft 8, Seiten 544 bis 546 ein Doppelmischer bekannt, der aus einem oberen Heizmischer und einem unteren Kühlmischer be steht Der Heizmischer hat ein Stufenmischwerk, das für eine notwendige, intensive vertikale Umwälzung sorgt Die Beheizung erfolgt über eine Öldurchlaufheizung im Doppelmantel des Heiz-Mischbeiiälters. Die Aufbereitung erfolgt also primär durch fremd zugeführte Wär me, darüber hinaus unvermeidbar aber auch durch Reibungswärme. Das aufzubereitende Material wird aus einem Silo mittels einer Dosierschnecke in einen Zwischenspeicherbehälter einer Waage gebracht die bei Er- reichen der gewünschten Menge die Dosierschnecke abschaltet Anschließend wird aus einem weiteren Silo mittels einer weiteren Dosierschnecke ein Zuschlagstoff oder ein Gemisch von Zuschlagstoffen in den Zwischenspeicherbehälter der Waage aufgegeben, wobei auch die zweite Dosierschnecke nach Erreichen der gewünschten Gewichtsmenge abgeschaltet wird. Die Gesamtcharge des aufzubereitenden Materials samt Zuschlagstoffen muß im Zwischenspeicherbehälter der Waage fertig abgewogen vorhanden sein, bevor die Be- Schickung des Heizmischers beginnen kann. Die reinen Füllzeiten von 10 bis 20 see sind bei dieser bekannten Anlage auf jeden Fall verlorene Zeiten. Da bei dieser bekannten Anlage nur 7 bis 8 Chargen pro Stunde aufbereitet werden, d. h. da die Gesamt-Chargenzeit etwa 7,5 bis 3 Minuten beträgt, fallen diese verlorenen Zeiten nicht sehr ins Gewicht.
Da bei Verfahren der gattungsgemäßen Art, bei denen das Aufbereiten der Materialien ausschließlich durch Reibungswärme erfolgt die Chargenzeiten sehr viel kurzer sind, fallen Zeiten für die Dosierung und Zugabe des Materials sehr viel stärker ins Gewicht
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der gattungsgemäßen Art so weiterzubilden, daß eine Verkürzung der Taktzeiten bei der Dosierung und Zugabe des Materials im Hinblick auf kurze Chargeni'.eiten erreicht wird.
Diese Aufgabe wird, bei einem Verfahren der gattungsgemäßen Art durch die Merkmale im Kennzeichnungsteil des Anspruches t gelöst Das Wesen der Erfin- dung liegt also darin, daß eine chargenweise arbeitende Vorrichtung mit einem an sich kontinuierlichen Materialstrom beaufschlagt wird, der lediglich entsprechend den Taktzeiten zwischengespeichert und dann schlagartig chargenweise in den Behälter eingegeben wird. Die gesamten Zugabezeiten entfallen hierdurch. Die Chargenzeit, innerhalb derer eine Charge aufbereitet wird, ist hierbei kleiner als die Taktzeit innerhalb derer eine Charge kontinuierlich dosiert wird, damit die kontinuierliche Dosierung auf keinen Fall irgendwann einmal
so unterbrochen werden muß. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es gelungen, die Chargenzeiten stark zu reduzieren. Daraus folgt aber wiederum, daß bei einer vorgegebenen aufzubereitenden Materialmenge pro Zeiteinheit die Größe der einzusetzenden Vorrichtung deutlich reduziert werden kann.
Wenn übliche Kunststoffverarbeitungsmaschinen nachgeordnet werden, können Vorrichtungen zum Aufbereiten von Thermoplasten oder Duroplasten eingesetzt werden, die etwa noch Laborgröße haben, also ein
Volumen des Behälters von 2 oder 3 Litern.
Wenn auch Flüssigkeit mit in die Vorrichtung aufgegeben werden soll, dann ist die Weiterbildung nach Anspruch 2 von Vorteil. Selbstverständlich muß die Eingabe der Flüssigkeit nicht zeitgleich mit dem aufzuberei- tenden Material erfolgen; sie kann beispielsweise auch erst während der Aufbereitung des Materials erfolgen.
Durch die Weiterbildung nach Anspruch 3, gemäß der nach dem Entleeren der Vorrichtung die während
des vorhergehenden Taktes zwischengespeicherte Materialmenge bei noch laufenden Mischwerkzeugen in die Vorrichtung eingegeben wird, entfallen auch die Verlustzeiten für das Anfahren bzw. Anhalten der Vorrichtung.
Eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 4 ist durch die Merkmale im Kennzeichnungsteil des Anspruches 4 charakterisiert Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Ansprüchen 5 bis 7.
Die Taktz°iten der Anlage sind im Prinzip völlig unabhängig von den Chargenzeiten, wobei selbstverständlich in der Praxis darauf geachtet wird, daß keine zu großen Totzeiten zwischen den Chargenzeiten und den Taktzeiten entstehen, d.h. daß nach Auswurf einer Charge aus der Vorrichtung keine zu lange Totzeit vorhanden ist, bis die nächste Charge dosiert ist und in den Behälter der Vorrichtung aufgegeben werden kann. Als Materialien, d. h. als Kunststoffrohmaterialien kommen insbesondere solche in pulverförmiger, givnulatförmiger, aber auch in pastenförmiger Konsistenz in Betracht. Entscheidend ist, daß diese Materialien überhaupt noch einer kontinuierlichen Dosierung zugänglich sind.
Die Erfindung wird durch ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigt
F i g. 1 eine Anlage zum Aufbereiten von Thermoplasten oder Duroplasten in schematischer Darstellung,
F i g. 2 Diagramme, die die Dosierung des Materials, die Eingabe des Materials und die Aufbereitung des Materials jeweils über der Zeit zeigen, und
F i g. 3 eine Darstellung der Leistungen über der Zeit.
Am unteren Ende eines Vorratsbunkers 1, in dem mittels Füllstandmeßgebern 2, 3 innerhalb der durch letztere vorgebenen Grenzen eine Füllung mit dem aufzubereitenden Material aufrechterhalten wird, ist eine volumetrisch arbeitende Dosiereinrichtung angeordnet, die aus einer in einem Gehäuse 4 angeordneten Dosierschnecke 5 besteht Die Dosierschnecke 5 wird von einem Antriebsmotor 6 über ein stufenlos verstellbares Getriebe 7 angetrieben. Mittels dieser Dosiereinrichtung wird ein kontinuierlicher Volumenstrom des aufzubereitenden Materials aus dem Vorratsbunker 1 abgezogen. Dieser kontinuierliche Volumenstrom wird über eine der volumetrisch arbeitenden Dosiereinrichtung nachgeschaltete, gravimetrische Kontrolleinrichtung geführt, die im vorliegenden Fall aus einer Bandwaage 8 besteht. Bei Schwankungen des Mengenstroms (Gewichtsstroms) pro Zeiteinheit, der auf einem Anzeigegerät 9 der Bandwaage 8 angezeigt wird, kann der von der volumetrisch arbeitenden Dosiereinrichtung kommende Materialstrom durch Verstellung des Getriebes 7 entweder von Hand oder durch geeignete Regeleinrichtungen derart verändert werden, daß auf jeden Fall von der gravimetrischen Kontrolleinrichtung (Bandwaage 8) ein kontinuierlicher Mengenstrom, d. h. konstante Materialgewichtsmengen pro Zeiteinheit, über eine Fall-Leitung 10 in einen Zwischenspeicherbehälter 11 fällt. Dieser Zwischenspeicherbehälter 11 ist an seinem Boden mit einer Verschlk'ßeini ichtung in Form eines Verschlußschiebers 12 verschließbar, der mittels eines geeigneten Antriebes, beispielsweise eines hydraulischen oder pneumatischen Arbeitszylinders 13, sehr schnell geöffnet oder geschlossen werden kann.
Dem Zwischenspeii-Iierbehälter 11 ist über einen Zuführstutzen 14 eine Vorrichtung 15 zum Aufbereiten von Thermoplasten oder Duroplasten nachgeordnet. Sie weist einen im wissentlichen zylindrischen Behälter 16 auf, in dem eine rPit Mischwerkzeugen 17 besetzte Welle 18 konzentrisch angeordnet ist die in Lagern 19, 20 gelagert ist Der Behälter 16 ist an einem Ende vollständig mit einer Stirnwand 21 verschlossen, die lediglich einen entsprechenden Durchlaß für die Welle 18 aufweist Am anderen Ende ist die Welle 18 durch eine Stirnwand 22 herausgeführt die eine Durchlaßöffnung 23 aufweist. Auf dem dieser Durchlaßöffnung 23 vorgeordneten Abschnitt ist die Welle mit einer Förderschnecke 24 versehen, die im Bodenbere'ch des Zuführ-Stutzens 14 angeordnet ist Im unteren Bereich des Behälters 16 ist eine Entleerungsklappe 25 vorgesehen, die über einen Hebel 26, der an einer im Maschinengestell 27 gelagerten Welle 28 befestigt ist geöffnet bzw. geschlossen werden kann. Hierzu ist ein hydraulischer Arbeitszylinder 29 vorgesehen, dessen Arbeitskolben 30 an einem exzentrisch am zugeordneten Ende der Welle angebrachten Kniehebel 31 angreift.
In der Behälterwand sind Düsen 32 angebracht. Weiterhin ist ein Flüssigkeitsvorratsbehälter 33 vorgesehen, von dem eine Leitung 34 zu einem Flüssigkeitszwischengefäß 35, das als Druckgefäß ausgebildet ist, führt. In die Leitung 34 ist eine Dosierpumpe 36 geschaltet, die von einem Antriebsmotor 37 über ein stufenlos regelbares Getriebe 38 angetrieben wird. Das Flüssigkeitszwischengefäß 35 besteht aus einem zylindrischen Behälter 39, in dem ein von oben mit einer vorgespannten Druckfeder 40 belasteter Kolben 41 verschiebbar angeordnet ist. Die Leitung 34 mündet unten in den Behälter 39. In der Leitung 34 ist weiterhin ein Rückschlagventil 42 angeordnet. Aus dem Boden des Behälters führt eine Leitung 43 heraus zu den Düsen 32, in die ein mittels eines hydraulischen Antriebs 44 betätigbares Schnellschlußventil 45 geschaltet ist. Der Zwischenspeicherbehälter 11 und das Flüssigkeitszwischengefäß 35 können jeweils einen sich über ihre Höhe erstreckenden Abschnitt 46 bzw. 47 aus durchsichtigem Material aufweisen, auf dem eine Füllstandsskala angebracht ist, die eine optische Kontrolle der in dem Zwischenspeicherbehälter 11 bzw. dem Flüssigkeitszwischengefäß 35 befindlichen Material- bzw. Flüssigkeitsmengen erlauben.
Der Antrieb der Welle 18 der Vorrichtung zum Aufbereiten von Thermoplasten und Duroplasten erfolgt von einem ständig umlaufenden Antriebsmotor 48 unter Zwischenschaltung eines hydrodynamischen Getriebes 49, also eines hydrodynamischen Drehmomentenwandlers, und eines stufenlos verstellbaren Getriebes 50.
Die Wirkungsweise der Anlage wird anhand der Diagramme in F i g. 2 erläutert. Aus dem Vorratsbunker 1 wird mittels der volumetrisch arbeitenden Dosiereinrichtung und unter gravimetrischer Kontrolle ein über der Zeit f konstanter Materialstrom ΠΊα,Μαπ, (siehe Kurve a^in den Zwischenspeicherbehälter U gegeben, dessen Verschlußschieber 12 hierbei geschlossen ist. Gemäß der Kurve b steigt die im Zwischenspeicherbehälter 11 befindliche Materialmenge in der Zeit von ίο bis t\ von 0 auf eine vorgegebene Menge rri\ an. Dann wird mittels des Arbeitszylinders 13 der Verschlußschieber 12 schlagartig geöffnet, so daß die gesamte Menge m\ aus dem Zwischenspeicherbehälter 11 in den Zuführstutzen 14 fällt. Unmittelbar nach Abschluß dieses Entleerungsvorganges wird der Verschlußschieber 12 wieder geschlossen. Selbstverständlich wird auch während dieses Entleerungsvorganges weiter Material in kontinuierlichem Strom gemäß der Kurve a zugeführt, das dam. direkt in den Zuführstutzen 14 fällt. Insgesamt gelangt also bei einem Öffnen des Verschlußschiebers die in dem Zeitraum von ίο bis i> in kontinuierlichem Strom herangeforderte Menge ;?J: in den Zuführstutzen 14. Zur
Zeit f2 wird der Verschiußschieber wieder geschlossen. Der Zeitraum von ii bis ti ist sehr klein im Verhältnis zur Zeit von to bis fi. Dieser Vorgang wiederholt sich fortlaufend. Die Zeit von ta bis h ist die Taktzeit T der gesamten Anlage. Wie bereits erwähnt, läuft die Welle 18 der Vorrichtung 15 ständig um, so daß das in dem Zeitraum von U bis t2 in den Zuführstutzen 14 gelangende Material von der Förderschnecke 24 fast verzögerungsfrei in den Behälter 16 gegeben wird, wo es einer Behandlung unterworfen wird. Am Ende der Behändlung, zum Zeitpunkt ti, wird die Entleerungsklappe 25 mittels des Arbeitszylinders 29 geöffnet und das fertig behandelte Material wird ausgeworfen. Dieser Entleerungsvorgang ist zum Zeitpunkt U abgeschlossen. Die Zeit von t\ bis U ist die Chargenzeit Tc der Vorrichtung 15. Diese Chargenzeit Tc muß auf jeden Fall etwas kleiner sein als die Taktzeit Γ des Zwischenspeicherbehälters U.
Die letzterwähnten Zeiten sind in der Kurve c der F i g. 2 dargestellt.
Die Flüssigkeitszuführung erfolgt im Prinzip gleichartig. Die Dosierpumpe 36 arbeitet kontinuierlich und füllt in der Zeit von fo bis t\ das Flüssigkeitszwischengefäß 35 unter entsprechender Verschiebung des Kolbens 41 unter zusätzlicher Vorspannung der Feder 40. Zum Zeitpunkt t\ wird das Schnellschlußventil 45 geöffnet, wodurch die in dem Behälter 39 befindliche Flüssigkeitsmenge unter Entspannung der Feder 40 in kürzester Zeit, beispielsweise bis zum Zeitpunkt f* durch die Düsen 32 in den Behälter 16 eingesprüht wird. Das Rückschlagventil 42 verhindert, daß ein Flüssigkeitsrückschlag in die Leitung 34 erfolgt. Es wird also innerhalb eines Taktes die in der Taktzeit 7"von der Dosierpumpe 36 geförderte Flüssigkeitsmenge in den Behälter 16 eingegeben, wobei diese Takte gegenüber den Takten des Zwischenspeicherbehälters 11 zeitlich versetzt sein können.
Als von dem Vorratsbunker 1 her zugeführtes Material dienen Thermoplaste oder Duroplaste in Pulverform, die bereits mit Farbstoffen, Füllstoffen oder dergleichen vorgemischt sind. Als vom Flüssigkeitsvorratsbehälter 33 zugeführte Flüssigkeiten dienen Weichmacher oder dergleichen. Dieses Material, dem gegebenenfalls die Flüssigkeit zugesetzt wird, wird in der Vorrichtung 15 in bekannter Weise durch die beim Betrieb aufgrund der Drehung der Welle 18 mit Mischwerkzeugen 17 entstehende innere Reibungswärme geliert und gegebenenfalls granuliert. Dieser Prozeß und diese Vorrichtung 15 für sich sind seit langem bekannt und handelsüblich.
In F i g. 3 ist in der Kurve d die Leistung N über der Zeit aufgetragen!, die vom Antrieb der Vorrichtung 15 aufzubringen ist, wenn die Welle 18 mit konstanter Drehzahl angetrieben wird. Wie aus dieser Kurve ersichtlich ist, steigt die Leistung N erst sehr flach und dann relativ steil an, bis sie einen Maximalwert erreicht. Hier bleibt sie für einen kurzen Zeitraum etwa konstant, was dem Erweichungsintervall der zu behandelnden Materialien entspricht Die Fläche unter der Kurve d gibt die insgesamt geleistete und im wesentlichen von dem Materia! aufgenommene und in Wärme umgesetzte Arbeit wieder.
Wenn — gemäß der Kurve e — über der Zeit eine etwa konstante Leistung in das Material eingebracht wird, dann wird die zum Aufbereiten des Materials erforderliche Arbeit in einer sehr viel kürzeren Zeit, nämlich der Chargenzeit 7c in das Material eingebracht, d. h. die Chargenzeit Tc ist bei der letztgenannten Antriebsweise sehr viel kürzer als beim Antrieb mit konstanter Drehzahl. Entsprechend sinkt die Drehzahl der Welle 18 von einem extrem hohen Wert zu Beginn der Chargenzeit auf einen entsprechend niedrigeren Wert am Ende der Chargenzeit 7"c-ab.
Anstelle der gemeinsamen Zuführung von bereits mit Farbstoffen, Füllstoffen o. dgl. vorgemischten Kunststoffrohmaterialien mittels einer Dosiereinrichtung können auch mehrere kontinuierlich arbeitende Dosiereinrichtungen vorgesehen sein, die die verschiedenen Zuschlagstoffe ebenfalls kontinuierlich mit in den Zwischenspeicherbehälter 11 dosieren, wobei naturgemäß die einzelnen Dosiereinrichtungen miteinander gekoppelt sein müssen.
Die Welle 18 läuft mit einer derartigen Drehzahl um, daß die Mischwerkzeuge 17 eine Umfangsgeschwindigkeit von 20 bis 100 m/sec haben.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Aufbereiten von Thermoplasten oder Duroplasten unter Verwendung einer chargenweise arbeitenden Vorrichtung mit hochtourig antreibbaren Mischwerkzeugen, bei dem das aufzubereitende Material und gegebenenfalls Flüssigkeit dosiert zwischengespeichert und in abgewogener Menge der Vorrichtung taktweise zugeführt, durch Reibungswärme aufbereitet und anschließend aus der Vorrichtung ausgeworfen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Material in einem über mehrere Chargenzyklen ununterbrochenen, gravimetrisch kontrollierten konstanten Mengenstrom der Zwischenspeicherung zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 mit Fiüssigkeitszugahe, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit in einem kontinuierlichen, konstanten Volumenstrom einer Zwischenspeicherung zugeführt und während Chargenzeit des aufzubereitenden Materials in vorgegebenen Zeitabständen taktweise in die Vorrichtung eingegeben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung der zwischengespeicherten Materialien bei laufenden Mischwerkzeugen erfolgt
4. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einer Vorrichtung, die einen zylindrischen Behälter mit koaxial in diesem angeordneten, hochtourig antreibbaren Mischwerkzeugen aufweist, mit einer kontinuierlich antreibbaren Volumen-Dosiereinrichtung, der ein mit dem Behälter der Vorrichtung verbundener Zwischenspeicherbehälter nachgeordnet ist, und mit einer Wiegeeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosiereinrichtung (5) ununterbrochen antreibbar ist und daß die Wiegeeinrichtung (8) als gravimetrische Kontrolleinrichtung für die Dosiereinrichtung (5) ausgebildet und zwischen der Dosiereinrichtung (5) und dem Zwischenspeicherbehälter (II) angeordnet ist.
5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorrichtung (15) eine kontinuierlich arbeitende Dosierpumpe (36) für Flüssigkeit mit einem nachgeordneten, die Flüssigkeit taktweise in die Vorrichtung (15) eingebenden Flüssigkeitszwischengefäß (35) vorgeordnet ist.
6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkeitszwischengefäß (35) als Druckbehälter ausgebildet ist.
7. Anlage nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Zwischenspeicherbehälter (11) eine in den Behälter (16) der Vorrichtung (15) mündende, fest mit der Welle (18) der Mischwerkzeuge (17) verbundene Förderschnecke (24) nachgeordnet ist.
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