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Vorrichtung zum Schmelzen schlecht wärmeleitender
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Materialien Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schmelzen
schlecht wärmeleitender Materialien, mit einer drehbaren beheizten Scheibe, auf
der das zu schmelzende Material durch Zentrifugalkraft nach außen getrieben wird,und
mit einer die Scheibe umgebenden mitrotierenden Wand, die Öffnungen für den Durchtritt
des geschmolzenen Materials aufweist.
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Beim Schmelzen von Kakao, Butter, Wachs oder auch thermoplastischen
Kunststoffen bildet das geschmolzene Material eine Isolierschicht, die einen guten
Wärmekontakt des noch ungeschmolzenen Materials mit der Schmelzfläche verhindert.
Es besteht daher die Gefahr, daß das in Kontakt mit der Schmelzfläche stehende Schmelzgut
überhitzt wird und damit verbrennt, während dasjenige Material, das keinen direkten
Kontakt mit der Schmelzfläche hat, überhaupt nicht geschmolzen
wird.
Aus diesem Grund ist es wichtig, das geschmolzene Material von der Schmelzfläche
zu entfernen, so daß neues ungeschmolzenes Material an die Schmelzfläche herangeführt
werden kann. Um dies zu erreichen, sind Schlnelztrommeln bekannt, die eine im Innern
angeordnetc Heizvorrichtung aufweisen und an ihrer Außenseite Messer tragen, die
in Bewegungskontakt mit dem zu schmelzenden Material gebracht werden. Es ist auch
bekannt, zum Schmelzen einen langsam drehenden beheizten Teller zu verwenden und
das zu schmelzende Material gegen die Telleroberfläche zu drücken. Dabei wird ständig
die in Kontakt mit dem Teller stehende Materialschicht abgeschmolzen und nach außen
gedrückt. Der Teller dreht sich an einer Abstreichvorrichtung vorbei, die das auf
ihm befindliche Schmelzgut über den Tellerrand hinweg abstreift. Eine derartige
Vorrichtung erlaubt keine größeren Schmelz leistungen und beseitigt auch nicht die
Gefahr von örtlichen Überhitzungen des Schmelzgutes.
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Schließlich ist es auch bekannt, die zu schmelzenden Materialien durch
geheizte Roste hindurchzuführen. Hierbei erfolgt keine schnelle Entfernung des geschmolzenen
Gutes von der Schmelzfläche. Die Wärmeverteilung ist schlecht, so daß die Gefahr
örtlicher Uberhitzungen besteht.
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Bei der Herstellung kontinuierlicher Fasern oder Fäden aus Kunststoff
ist es bekannt, ein Granulat auf eine rotierende Scheibe zu geben, von der es gegen
eine beheizte zylindrische Wand geschleudert wird, die zusammen mit der Scheibe
rotiert. Die zylindrische Wand
weist unterhalb der Scheibe zunächst
einen beheizten Schmelzbereich und darunter Öffnungen auf, durch die die Schmelze
infolge der Zentrifugalkraft ausgepreßt wird, so daß ein Ballon aus kontinuierlichen
Fäden entsteht. Auf den Fadenballon sind Blasvorrichtungen gerichtet, die eine Kühlung
und Verfestigung des Fadenmaterials bewirken. Das Schmelzen erfolgt hierbei an der
rotierenden Wand, gegen die das Granulat geschleudert wird (US-PS 3 040 377).
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs
genannten Art derart auszubilden, daß sie zur Verarbeitung nicht nur von granulatförmigen
sondern auch von in fester Form vorliegendem Schmelzgut geeignet ist, wobei örtliche
Überhitzungen vermieden werden.
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-Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die
rotierende Scheibe auf mindestens die Schmelztemperatur des Materials aufgeheizt
ist, daß die mitrotierende Wand der Rand der Scheibe ist und daß die Scheibe zusammen
mit ihrem Rand in einem feststehenden Gehäuse angeordnet ist, das einen Auslaß zum
Abführen der Schmelze aufweist.
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Ein auf die Scheibe aufgesetzter Festkörper aus schmelzbarem Material
wird auf diese Weise von der beheizten Scheibe von unten her abgetragen. Auf diese
Weise wird erreicht, daß ständig nur eine dünne Schicht der Schmelze in innigstem
Kontakt zur Schmelz-
fläche steht. Sobald das Material geschmolzen
ist, wird es selbstständig von der Schmelzfläche abtransportiert, so daß neues Material
im festen Zustand an die Schmelzfläche herangeführt wird. Durch die selbsttätige
Abführung des geschmolzenen Materials von der Schmelzfläche durch Fliehkrafteinwirkung
erfolgt eine automatische Regulierung der Wärmemenge. Sobald nämlich das Material
geschmolzen ist und keiner weiteren Erhitzung ausgesetzt werden darf, entfernt es
sich von der Schmelzfläche. Diese Selbstregulierung hat zur Folge, daß die Temperatur
der Scheibe weitgehend unkritisch ist und ihre Einhaltung keine große Genauigkeit
erfordert. Die rotierende Scheibe kann entweder flach oder strukturiert sein. Die
Form der Scheibe kann also in Abhängigkeit von den Eigenschaften des zu schmelzenden
Materials verändert werden. Wenn das zu schmelzende Material in Blockform vorliegt,
kann der Block zentrisch oder exzentrisch gegen die Scheibe gedrückt werden, wobei
fortlaufend die unterste Materialschicht abschmilzt und fortgeschleudert wird, ohne
daß es'eines Schabers o. dgl. bedürfte.
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Die Drehzahl der Scheibe hängt von der Art des zu schmelzenden Materials
und vom Scheibendurchmesser ab.
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Bei hoher Viskosität des Schmelzgutes ist eine höhere Drehzahl erforderlich
als bei niedrigviskosem Schmelzgut. Im allgemeinen werden Drehzahlen der Scheibe
von 500 bis 3000 U/min verwandt. Für Materialien, bei denen das Schmelzgut eine
hohe Viskosität hat, wivd man vorzugsweise mit Drehzahlen über 3000 U/min arbeiten.
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Mit der Vorrichtung können auch Materialien geschmolzen werden, die
in Pulverform, Schnitzelform oder einem ähnlichen lockeren Zustand vorliegen. Diejenigen
Materialteile, die etwa in der Scheibenmitte an der Scheibenfläche zur Anlage kommen,
werden in der Nähe der Scheibenmitte geschmolzen, so daß von der rotierenden Platte
die Schmelze gegen den Rand getrieben wird. Diejenigen Materialteile, die als Festkörper
gegen den Rand geschleudert werden, werden mit dem durch die Fliehkraft erzeugten
Druck gegen den Rand der Scheibe gepreßt, wo sie geschmolzen werden. Sobald das
gegen den Rand gedrückte Material geschmolezen ist, wird es ebenfalls infolge der
Zentrifugalkraft durch die Öffnungen hindurch nach außen getrieben. Bei dieser Ausführungsform
wird also ein Teil des Materials im horizontalen Bereich der Scheibe und ein weiterer
Teil an dem aufragenden Rand geschmolzen.
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Die Öffnungen können als runde oder eckige Löcher ausgeführt oder
auch als Schlitze ausgebildet sein. Sie müssen nicht notwendigerweise allseitig
begrenzt sein, sondern können auch nach oben hin offen sein. Die Öffnungen dienen
einerseits der Abführung des Schmelzgutes von der Schmelz fläche und zum anderen
aber auch zum Zurückhalten etwaiger Fremstoffe, die sich an der Innenwand des Randes
sammeln, können mit einem Ausräumer entfernt werden.
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Die Vorrichtung kann insbesondere auch zum Einschmelzen von-thermoplastischen
Kunststoffabfällen benutzt werden.
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Die Abfälle, die als Festkörper oder in Schnitzelform
auf
die Scheibe gebracht werden, werden in direktem Kontakt mit der Scheibe bzw. dem
aufragenden Scheibenrand geschmolzen und durch die Öffnungen hindurch nach außen
geschleudert.
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Im folgendenwerden unter Bezugnahme auf die Figuren einige Ausführungsbeispiele
der Erfindung näher erläutert.
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Es zeigen: Figur 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Schmelz
zentrifuge und Figur 2 eine Schmelzvorrichtung, die über eine Pumpe an Strangpreßwerkzeug
angeschlossen ist, um ein fortlaufendes Profil zu erzeugen.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 ist an einer rotierenden Welle
10, die an einem (nicht dargestellten) Antriebsmotor angeschlossen ist, eine horizontale
Scheibe 11 befestigt, die in Draufsicht kreisförmig ist.
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Bei der Scheibe 11 kann es sich um eine flache Scheibe handeln. Im
vorliegenden Fall weist die Scheibe 11 eine kegelförmige Erhebung 12 auf. Unter
der aus Metall bestehenden Scheibe 11 ist eine Heizvorrichtung 13 angeordnet, durch
die eine direkte Aufheizung der Scheibe 11 erfolgt.
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Ueber der Scheibe 11 befindet sich zentrisch das untere Ende eines
Zuführrohres 14, durch das das zu schmelzende Material 15 auf die Oberseite der
Scheibe 12 abgesenkt wird. Sobald das Material 15 mit der Scheibe 12 in Berührung
kommt, schmilzt es und wird wegen der hohen Drehzahl der Scheibe 11 radial abgeschleudert.
Das Schmelzgut wird gegen den umlaufenden, seitlich aufragenden Rand 16 der Scheibe
12 geschleudert. Am Fuße des Randes 16 sind öffnungen 17 vorgesehen, durch die das
Schmelzgut hinausgeschleudert wird. Das herausgeschleuderte Schmelzgut wird von
einem Gehäuse 18 aufgefangen und durch einen Anschlußstutzen 19 abgeleitet bzw.
abgepumpt. Diese Schmelzvorrichtung, bei der ggf. der Rand 16 auch fortgelassen
werden kann, eignet sich insbesondere zum Schmelzen von Wachs, Butter, Kakaoblöcken-o.dgl.,
aber auch zum-Schmelzen von thermoplastischem Kunststoff.
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Die Heizvorrichtung 13, bei der es sich im vorliegenden Fall um eine
elektrische Heizvorrichtung handelt, die direkt unter der Scheibe 11 angebracht
ist, kann auch durch einen Brenner ersetzt werden, der unterhalb der Scheibe 11
ortsfest montiert ist und die Scheibe 11 durch Strahlung und Konvektion aufheizt.
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Die Vorrichtung der Figur 1 kann insbesondere auch zum Einschmelzen
von Folien aus Polyäthylen oder Polyester, Faserabfällen o.dgl. Dieses Abfallmaterial
wird in das Einfüllrohr 14 eingeleitet und gelangt von dort auf den Boden der Scheibe
11. Sofern das Material nicht sogleich in der Scheibenmitte geschmolzen wird, wird
es im noch
festen Zustand gegen den Rand 16 geschleudert und durch
die Fliehkraft fest gegen diesen gedrückt. Der Anpreßdruck kann beispielsweise das
Fünfzigfache der Erdanziehung betragen. Aufgrund dieses festen Druckes erfolgt ein
schnelles Abschmelzen der Oberfläche an demggf. ebenfalls geheizten Rand 16. Das
geschmolzene Material wird anschließend sofort durch die öffnungen 17 in die Kammer
20 geleitet. Das Arbeitsprinzip beruht also darauf, einen hohen Anpreßdruck an die
Heizfläche zu erzielen, andererseits jedoch die Verweilzeit des Schmelzgutes an
der Heizfläche so klein wie möglich zu halten.
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Bei der Verarbeitung von Kunststoffabfällen kann das Rohr 14 auch
fortgelassen werden. In diesem Fall werden die Abfälle einfach auf die Scheibe 11
geschüttet und anschließend an dem Rand 16 abgeschmolzen. Wenn sich Festkörper in
dem Abfallmaterial befinden, werden diese Festkörper an den Öffnungen 17, durch
die sie nicht hindurch können, zurückgehalten.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2 besteht der aufragende Rand
16 der Scheibe 11 aus Stegen, die durch Schlitze voneinander getrennt sind. Das
Schmelzgut wird durch die Schlitze hindurch nach außen in die Auffangkammer 45 gedrückt.
Der Auslaß 46 der Auffangkammer 45 ist über einen Schlauch 48, der von der Heizvorrichtung
49 umgeben ist, an eine Zahnradpumpe 47 angeschlossen, die die Schmelze einer Strangpreßdüse
50 zuleitet. In der Strangpreßdüse 50 entsteht ein Profilstück 51, das als endloses
Formstück hergestellt werden kann.
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Die in Figur 2 dargestellte Schmelzvorrichtung ersetzt in Verbindung
mit der Pumpe 47 einen Schneckenextruder, hat jedoch diesem gegenüber den Vorteil
einer wesentlich geringeren Leistungsaufnahme und einer besseren und homogeneren
Materialqualität. Bei Extrudern wird ein großer Teil der hineingesteckten Energie
in innere Reibung und Umwälzenergie umgewandelt. Wegen der großen Verweilzeit des
Schmelzgutes können örtliche Überhitzungen des Kunststoffs an den Metallteilen auftreten.
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Ferner erfordert eine Extruderschnecke ausgesprochene Präzisionsarbeit,
da die angestrebte Knet- und Förderwirkung nur dann erreicht wird, wenn entsprechend
kleine Toleranzen eingehalten werden. Die Herstellungskosten und auch die Betriebskosten
von Extruderpressen sind daher sehr hoch.Durch die erfindungsgemäße Kombination
einer geeigneten Schmelzvorrichtung, in der abgeschmolzene Materialteile sofort
von dem festen Kunststoffmaterial abgeleitet und gesammelt werden, mit einer Pumpe
und einer Formdüse werden die teuren und aufwendigen Extruderpressen durch eine
relativ einfache und kostengünstig herstellbare Vorrichtung mit vergleichsweise
sehr geringem Energiebedarf ersetzt.