AT517972A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Verarbeitung von thermoplastischem Kunststoff mit einer Temperiereinrichtung für eine Transportschnecke - Google Patents

Abstract

Es wird eine Vorrichtung (1a..1g) zur Verarbeitung von thermoplastischem Kunststoff angegeben, welche einen Vorratsbehälter (2) / eine Transportleitung (11) für stückförmige Kunststoffteilchen umfasst, sowie eine damit verbundene Transportschnecke (3). Weiterhin weist die Vorrichtung (1a..1g) einen an die Transportschnecke (3) anschließenden Extruder (4) auf, sowie eine im Verlauf der Transportschnecke (3) angeordnete Temperiereinrichtung (7). Zudem ist im Verlauf der Transportschnecke (3) / des Extruders (4) ein Temperatursensor (8, 8a, 8b) angeordnet, und/oder es sind Mittel (10) zur Erfassung einer Belastung eines Antriebs (6) des Extruders (4) vorgesehen. Schließlich umfasst die Vorrichtung (1a..1g) Mittel zur Beeinflussung der Temperiereinrichtung (7) sowie eine mit dem zumindest einen Temperatursensor (8, 8a, 8b) und den Beeinflussungsmitteln der Temperiereinrichtung (7) verbundene Steuerung/Regelung (9). Weiterhin wird ein Betriebsverfahren für die Vorrichtung (1a..1g) angegeben, bei dem die stückförmigen Kunststoffteilchen im Verlauf der Transportschnecke (3) durch eine Temperiereinrichtung (7) temperiert werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verarbeitung von thermoplastischem Kunststoff, welche einen Vorratsbehälter zur Aufnahme von stückförmigen Kunststoffteilchen oder eine Transportleitung zum Transport von stückförmigen Kunststoffteilchen umfasst, eine mit dem Vorratsbehälter/der Transportleitung an einer Übergabeöffnung verbundene Transportschnecke sowie einen an die Transportschnecke anschließenden Extruder. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb der obigen Vorrichtung

Eine Vorrichtung und ein Verfahren der oben genannten Art sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt. Beispielsweise offenbart die EP 0 934 144 B1 dazu eine Vorrichtung zum Aufbereiten von thermoplastischem Kunststoffmaterial. Die Vorrichtung umfasst ein Maschinengehäuse mit einem Zuführungstrichter sowie einen angetriebenen Schieber, der das auf einer Bodenplatte befindliche und zu verarbeitende Kunststoffmaterial in eine Aufbereitertrommel beziehungsweise in ein Förderrohr drückt. Auf der Aufbereitertrommel sind Messer schraubenlinienförmig angebracht. Die Messer und die daran anschließende Förderschnecke fördern das zerkleinerte Kunststoffmaterial zu einer Schnecke eines Extruders, in den das Kunststoffmaterial abgegeben wird.

Nachteilig ist daran insbesondere die schwer vorhersehbare und regelbare Temperatur am Eingang zum Extruder. Diese hängt unter anderem von dem verarbeitetem Material (insbesondere von deren Wärmekapazität), dem Durchsatz und auch der Form und Größe der Kunststoffteilchen ab. Durch Reibung, Scherarbeit und Kompression kann es zu einer deutlichen Erwärmung schon in der Transportschnecke kommen, sodass die Kunststoffteilchen verkleben oder am Extrudereingang anbacken und diesen verstopfen können. Grundsätzlich ist aber auch denk bar, dass die Kunststoffteilchen am Eingang des Extruders vergleichsweise kalt sind, beispielsweise wenn Kunststoff mit sehr niederer Temperatur zur Weiterverarbeitung angeliefert wird. Da der Extruder nur begrenzte Mittel zur Beeinflussung der Temperatur aufweist, kann die Erreichung einer Soll-Temperatur an der Düse des Extruders nach dem Stand der Technik unter Umständen nicht in jedem Fall gewährleistet werden.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zur Verarbeitung von thermoplastischem Kunststoff anzugeben. Insbesondere soll eine Soll-Temperatur im Extruder und/oder am Eingang des Extruders sowie an dessen Düse mit höherer Sicherheit erreicht werden können.

Die Aufgabe der Erfindung wird mit einer Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, welche eine im Verlauf der Transportschnecke angeordnete Temperiereinrichtung aufweist sowie a) zumindest einen Temperatursensor, welcher im Verlauf der Transportschnecke und/oder im Verlauf des Extruders angeordnet ist, Mittel zur Beeinflussung der Temperiereinrichtung sowie eine mit dem zumindest einen Temperatursensor und den Beeinflussungsmitteln der Temperiereinrichtung verbundene Steuerung/Regelung und/oder b) Mittel zur Erfassung einer Belastung eines Antriebs des Extruders, Mittel zur Beeinflussung der Temperiereinrichtung sowie eine mit den Erfassungsmitteln und den Beeinflussungsmitteln verbundene Regelung.

Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin mit einem Verfahren für den Betrieb der obigen Vorrichtung gelöst, bei dem die stückförmigen Kunststoffteilchen im Verlauf der Transportschnecke durch eine Temperiereinrichtung temperiert werden.

Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen kann eine Soll-Temperatur im Extruder und/oder am Eingang des Extruders sowie an dessen Düse mit höherer Sicherheit erreicht werden. Die Temperiereinrichtung kann beispielsweise durch eine Heizeinrichtung, eine Kühleinrichtung odereine kombinierte Heiz- und Kühleinrichtung gebildet sein.

Denkbar ist, dass die dem Extruder zugeführten Kunststoffteilchen mit Hilfe der Temperiereinrichtung gekühlt werden, beispielsweise wenn Material mit sehr hoher Temperatur angeliefert wurde und/oder niedere Wärmekapazität aufweist und/oder eine niederere Schmelztemperatur aufweist und/oder durch Reibung, Scherarbeit und Kompression im Transportrohr übermäßig erwärmt wurde. Dadurch wird ein Verstopfen oder Verkleben des Extrudereingangs beziehungsweise ein Anbacken der Kunststoffteilchen an demselben vermieden oder wenigstens verringert.

Dem Extruder zugeführtes Material kann aber mit Hilfe der Temperiereinrichtung auch erwärmt werden, beispielsweise wenn dies mit sehr niederer Temperatur angeliefert wurde und/oder hohe Wärmekapazität aufweist und/oder eine hohe Schmelztemperatur aufweist und/oder durch Reibung, Scherarbeit und Kompression im Transportrohr nicht in der erwarteten Weise erwärmt wurde.

Generell erfolgt die Erwärmung der Kunststoffteilchen im Inneren des Extruders durch innere Reibung, wobei die Antriebsleistung des Extruders fast zur Gänze in Wärme umgesetzt wird. Mit anderen Worten wird die mechanisch abgegebene Motorleistung fast zur Gänze in thermische Leistung umgewandelt, und der Antriebsmotor des Extruders wirkt de facto als Heizung. Je länger der Extruder ist, umso mehr Wärme kann in den Kunststoff eingebracht werden. Durch die enormen Scherkräfte kann es im Extremfall auch zu einer negativen Beeinträchtigung der Materialqualität kommen.

Eine vergleichsweise hohe Beschickungstemperatur des Extruders ist nun insofern von Vorteil, als das Material im Extruder schonend aufgeschmolzen wird, da es schon vorgewärmt in den Extruder gelangt. Dadurch kann die Antriebsleistung für den Extruder reduziert und auch dessen Baulänge verringert werden. Der Energieverbrauch des Extruders pro Gewichtseinheit des extrudierten Materials wird somit ebenfalls verringert und/oder der Materialdurchsatz wird erhöht. Zudem kann auch Materialverschleiß im Extruder verringert werden.

Im Endergebnis ist es daher auch nicht immer sinnvoll, die Kunststoffteilchen in der Transportschnecke übermäßig zu kühlen, um ja ein Verkleben des Extruder eingangs beziehungsweise ein Anbacken der Kunststoffteilchen an derselben zu vermeiden. Vielmehr kann vorgesehen sein, dass die Temperatur der Kunststoffteilchen am Extrudereingang gerade so hoch ist, dass noch keines der angesprochenen negativen Phänomene (übermäßig) auftritt. Damit können Wartungen an der offenbarten Vorrichtungen weitgehend vermieden werden, beziehungsweise Wartungsintervalle ausgedehnt werden, einerseits wegen des freibleibenden Extrudereingangs, andererseits auch wegen der schonenden Betriebsweise des Extruders.

Im Fall a) wird die die Zu- und/oder Abfuhr von Wärme direkt in Abhängigkeit einer Temperatur der Kunststoffteilchen eingestellt oder geregelt. Im Fall b) wird die Zu-und/oder Abfuhr von Wärme dagegen in Abhängigkeit einer Belastung des Extruders und somit indirekt über die Temperatur der Kunststoffteilchen eingestellt oder geregelt. Dabei macht man sich den Umstand zu Nutze, dass der Antrieb des Extruders bei erreichter Solltemperatur im Extruder in charakteristischer Weise belastet wird. Liegt die Belastung über diesem charakteristischen Wert, so ist dies ein Indiz dafür, dass die Kunststoffteilchen zu kalt sind und nicht ordnungsgemäß aufgeschmolzen werden. Liegt die Belastung unter diesem charakteristischen Wert, so ist dies ein Indiz dafür, dass die Kunststoffteilchen zu heiß sind und übermäßig dünnflüssig sind. Dementsprechend wird in einem vorteilhaften Verfahren im Fall a) die Abfuhr von Wärme verstärkt, wenn die Temperatur im Extruder und/oder am Eingang des Extruders steigt und umgekehrt. In analoger Weise wird vorteilhaft die Abfuhr von Wärme verstärkt, wenn die Belastung im Extruder und/oder am Eingang des Extruders sinkt und umgekehrt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich nun aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung in Zusammenschau mit den Figuren.

Vorteilhaft ist es, wenn eine Kühlleistung der Kühleinrichtung oder der kombinierten Heiz- und Kühleinrichtung größer ist als eine den stückförmigen Kunststoffteilchen in der Transportschnecke durch Reibung zugeführte Leistung. Dadurch ist es möglich, die Kunststoffteilchen zu kühlen bevor sie in den Extruder eintreten und ein Verstopfen oder Verkleben der Extruderöffnung beziehungsweise ein Anba cken der Kunststoffteilchen an derselben zu vermeiden oder wenigstens zu verringern. In einer weiter bevorzugten Variante ist die Kühlleistung der Kühleinrichtung oder der kombinierten Heiz- und Kühleinrichtung größer als eine Antriebsleistung der Transportschnecke. Letztere ist in der Regel leichter zu bestimmen als eine den stückförmigen Kunststoffteilchen in der Transportschnecke durch Reibung zugeführte Leistung, wodurch auch die Dimensionierung der Kühleinrichtung oder der kombinierten Heiz- und Kühleinrichtung vereinfacht wird. Eine dadurch eventuell erfolgte, geringfügige Überdimensionierung kann als Sicherheit dienen. Günstig ist es, wenn der zumindest eine Temperatursensor im Fall a) in Transportrichtung der geförderten Kunststoffteilchen nach der Temperiereinrichtung angeordnet ist. Auf diese Weise kann die Temperiereinrichtung geregelt werden. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, dass der zumindest eine Temperatursensor in Transportrichtung vorder Temperiereinrichtung angeordnet ist. Solche Temperatursensoren können ebenfalls in die Regelung der Temperiereinrichtung miteinbezogen werden. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Temperiereinrichtung lediglich zu steuern. Insbesondere ist dabei der Fall möglich, dass alle Temperatursensoren in Transportrichtung vorder Temperiereinrichtung angeordnet sind.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der zumindest eine Temperatursensor im Fall a) im Bereich des Übergangs zwischen der Transportschnecke und dem Extruder angeordnet ist. Auf diese Weise kann eine vorgebbare (Soll)Temperatur der dem Extruder zugeführten Kunststoffteilchen besonders gut eingehalten werden. Vorzugsweise wird diese Art der Regelung beziehungsweise dieser Regelkreis mit einem weiteren Regelkreis kombiniert, welcher die Erwärmung im Extruder kontrolliert. Der Regelkreis der Transportschnecke und der Regelkreis des Extruders können unabhängig voneinander arbeiten, oder den beiden Regelkreisen kann noch ein weiterer Regelkreis übergeordnet sein.

Denkbar ist auch, dass der Temperatursensor im Fall a) im Verlauf des Extruders angeordnet ist, insbesondere im Bereich des Austritts respektive der Düse. Dadurch kann das ordnungsgemäße Aufschmelzen der Kunststoffteilchen gut geregelt werden. Beispielsweise werden die Temperiereinrichtung sowie eine Hei- zung im Extruder als Stellglieder vorgesehen. Insbesondere kann die Temperiereinrichtung dabei priorisiert werden, das heißt eine Heizung des Extruders wird nur dann zugeschaltet, wenn eine Erwärmung durch die Temperiereinrichtung nicht ausreichend ist.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante wird die Wärmezufuhr im Fall b) erhöht, wenn die Belastung des Extruders steigt und umgekehrt. Demgemäß ist es von Vorteil, wenn die Regelung dazu eingerichtet ist, die Wärmezufuhr durch die Temperiereinrichtung zu erhöhen, wenn eine Belastung des Extruders steigt und umgekehrt. Dadurch wird dem Extruder wiederum wärmeres Material zugeführt, wenn dessen Heizleistung zum ordnungsgemäßen Aufschmelzen der Kunststoffteilchen nicht ausreicht und kühleres Material, wenn die Kunststoffteilchen im Extruder in übermäßiger weise aufgeschmolzen werden.

Generell kann die Steuerung/Regelung der Temperiereinrichtung alleine auf einer Temperaturmessung im oder am Extruder basieren, alleine auf einer Messung der Belastung des Antriebs des Extruders oder auf einer Temperaturmessung und einer Messung der Belastung des Extruder-Antriebs. Günstig ist es, wenn für die Ermittlung der Belastung des Extruders eine Drehzahl eines Antriebs des Extruders, ein von diesem Antrieb aufgenommener Strom oder die Torsion einer Welle im Antrieb gemessen wird. Zu diesem Zweck kann ein Sensor zur Messung einer Drehzahl des Antriebs des Extruders (z.B. ein digitaler Inkrementalgeber) vorgesehen sein, ein Sensor zur Messung eines vom Antrieb aufgenommenen Stroms (z.B. ein Spannungsmesser an einem Strommesswiderstand) oder beispielsweise auch ein Sensor zur Messung der Torsion einer Welle im Antrieb (z.B. eine Messbrücke mit Dehnmeßstreifen). Generell kann der Antrieb auch ein Getriebe aufweisen. Die oben genannte Drehzahl und die oben genannte Torsion kann daher auch an einem Bauteil im Getriebe abgenommen werden. Generell wird der Extruder dann stärker belastet, wenn die Drehzahl des Antriebs sinkt, der vom Antrieb aufgenommene Strom steigt oder die Torsion einer Welle im Antrieb steigt.

Besonders vorteilhaft ist es weiterhin, wenn die Type/Art des verarbeiteten Kunststoffs durch einen Sensor erkannt und/oder über ein Eingabemittel erfasst wird, eine Zuordnung zwischen der Type/Art eines Kunststoffs und einer Solltemperatur im Extruder und/oder am Eingang des Extruders aus einem Speicher ausgelesen wird und die Solltemperatur, welche der erkannten/eingegeben Type/Art des Kunststoffs entspricht, in eine Steuerung/Regelung zum Steuern/Regeln der Temperiereinrichtung geladen wird.

Dementsprechend ist es auch von Vorteil, wenn die vorgestellte Vorrichtung einen Sensor zur Erkennung der Type/Art des verarbeiteten Kunststoffs und/oder ein Eingabemittel zur Eingabe der Type/Art des verarbeiteten Kunststoffs, einen Speicher mit einer darin gespeicherten Zuordnung zwischen der Type/Art des Kunststoffs und einer Solltemperatur im Extruder und/oder am Eingang des Extruders und

Mittel zum Laden der Solltemperatur, welche der erkannten/eingegeben Type/Art des Kunststoffs entspricht, in die Steuerung/Regelung aufweist.

Dadurch können unterschiedlichste Materialien in vorteilhafter Weise verarbeitet werden. Dies ist insbesondere im Zusammenhang mit Vorrichtungen von Vorteil, die für das Recycling von Kunststoff eingesetzt werden, da dort besonders viele unterschiedliche Kunststoffe anfallen. Oft ist gar nicht bekannt, welcher Kunststoff beziehungsweise welche Kunststoffgemische zu verarbeiten sind. Durch Einsatz des oben genannten Sensors beziehungsweise der genannten Eingabeeinrichtung kann die Type/Art des verarbeiteten Kunststoffs jedoch festgestellt und die Vorrichtung darauf eingestellt werden, sodass insbesondere ein Verstopfen des Extrudereingangs beziehungsweise ein Anbacken von Kunststoffteilchen an derselben gerade noch vermieden wird. Damit können Wartungen an der offenbarten Vorrichtungen weitgehend vermieden werden, beziehungsweise Wartungsintervalle ausgedehnt werden, einerseits wegen des freibleibenden Extrudereingangs, andererseits auch wegen der schonenden Betriebsweise des Extruders. Zudem ist die benötigte Antriebsleistung für den Extruder beziehungsweise die Baulänge des Extruders relativ gering und die erhaltene Materialqualität hoch.

In einer weiteren besonders vorteilhaften Variante des vorgestellten Verfahrens werden eine Zuordnung zwischen der Type/Art eines Kunststoffs und einem Soll-Temperaturverlauf entlang zumindest eines Teils des Transportverlaufs der Kunststoffteilchen, enthaltend die Solltemperatur im Extruder und/oder am Eingang des Extruders, aus dem Speicher ausgelesen und der Soll-Temperaturverlauf oder Teile davon in weitere Steuerkrei-se/Regelkreise im Transportverlauf der Kunststoffteilchen, welche zum Steu-ern/Regeln einer Temperatur der Kunststoffteilchen vorgesehen sind, geladen. Dementsprechend zeichnet sich eine besonders vorteilhaft Ausgestaltung der offenbarten Vorrichtung dadurch aus, dass im Speicher eine Zuordnung zwischen der Type/Art eines Kunststoffs und einem Soll-Temperaturverlauf entlang zumindest eines Teils des Transportverlaufs der Kunststoffteilchen, enthaltend die Solltemperatur im Extruder und/oder am Eingang des Extruders, gespeichert ist und weitere Steuerkreise/Regelkreise im Transportverlauf der Kunststoffteilchen vorgesehen sind, mit welchen die Temperatur der Kunststoffteilchen beeinflussbar ist und in welche der genannte Soll-Temperaturverlauf oder Teile davon ladbar sind.

Insbesondere in diesem Zusammenhang ist es auch von Vorteil, wenn die Vorrichtung mehrere im Transportverlauf der Kunststoffteilchen angeordnete Temperatursensoren aufweist. Bei dieser Variante wird nicht nur eine einzige Soll-Temperatur punktuell vorgegeben, sondern ein Soll-Temperaturverlauf entlang zumindest eines Teils des Transportverlaufs der Kunststoffteilchen, welcher durch die Transportschnecke und den Extruder führt. Dadurch kann die Vorrichtung noch besser auf die Type/Art des verarbeiteten Kunststoffs eingestellt werden.

Insbesondere kann die Temperatur der Kunststoffteilchen je nach Type/Art in deren gesamten Transportverlauf oder bis zu einer Position im Extruder stetig steigend sein oder stetig steigend, jedoch im Verlauf der Transportschnecke im Wesentlichen gleichbleibend sein oder stetig steigend, jedoch im Verlauf der Transportschnecke sinkend sein. Der erste Fall eignet sich insbesondere für Kunststoffe, denen durch Reibung in der Transportschnecke relativ wenig Energie zugeführt wird, beziehungsweise Kunststoffe, die einen vergleichsweise hohen Schmelzpunkt aufweisen. Beispiele dafür sind Polyamid (PA) und Polyethylenterephthalat (PET). Die beiden anderen Fälle betreffen Kunststoffe, denen durch Reibung in der Transportschnecke relativ viel Energie zugeführt wird, beziehungsweise Kunststoffe, die einen vergleichsweise niedrigen Schmelzpunkt aufweisen. Beispiele dafür sind Polyolefine und Ethylenvinylacetat (EVA).

In einerweiteren vorteilhaften Ausführungsvariante weist die die Transportschnecke daraufangeordnete Zerkleinerungsmittel auf, welche im Speziellen durch Zähne und/oder durch durchgehende Schneiden und/oder durch Messer gebildet sind. Auf diese Weise kann das in die Transportschnecke geförderte Material weiter zerkleinert werden, bevor es den Extruder erreicht. Somit kann dem Extruder Material von optimaler Größe zugeführt werden, wodurch eine ordnungsgemäße Durchmischung und ein ordnungsgemäßes Aufschmelzen des Materials gewährleistet sowie ein Verstopfen des Extruders vermieden werden können. Die Transportschnecke kann somit auch (teilweise) als Aufbereitertrommel/Zerkleinerungs-schnecke aufgefasst werden beziehungsweise diese Funktion beinhalten.

Die Transportschnecke kann durchgehend mit Schneiden und/oder Zähnen und/oder Messern besetzt sein, oder diese nur in einem (durchgehenden) Teilbereich (d.h. in einem Zerkleinerungsbereich) aufweisen, welcher an einen Anfangsbereich und/oder Endbereich angrenzt, in dem/denen keine Schneiden, Zähne oder Messer angeordnet sind. Auf der Transportschnecke können durchgehendende Schneiden, Zähne und Messer jeweils alleine eingesetzt werden oder in beliebiger Kombination. "Durchgehende Schneiden" erstrecken sich im Wesentlichen über die gesamte Länge der Transportschnecke respektive über die gesamte Länge eines Zerkleinerungsbereichs. Insbesondere können die durchgehenden Schneiden spiralförmig oder axial verlaufen. Überden Umfang der Transportschnecke können mehrere durchgehende Schneiden verteilt sein, oder die Transportschnecke weist nur eine durchgehende Schneide auf. Bei der Drehung der Transportschnecke werden die durchgehenden Schneiden im Wesentlichen quer zu deren Längserstreckung bewegt, respektive bewirkt die Drehung der Transportschnecke eine Bewegung mit einer solchen Querkomponente. Die Trennung der Kunststoffteilchen erfolgt daher hauptsächlich durch Scheren. "Zähne" können als unterbrochene Schneiden oder Schneiden mit Lücken aufgefasst werden. Auch deren Schneiden können spiralförmig oder axial verlaufen und auch deren Schneiden werden bei der Drehung der Transportschnecke quer zu deren Längserstreckung bewegt. Die Trennung der Kunststoffteilchen erfolgt daher hauptsächlich durch Scheren und Reißen. "Messer" weisen keine ausgeprägte axiale Erstreckung auf, und deren Schneiden erstrecken sich im Wesentlichen radial nach außen. Bei der Drehung der Transportschnecke werden die Schneiden wiederum quer zu deren Längserstreckung bewegt, die Ebene des "Messerrückens" steht dabei jedoch im Wesentlichen normal auf die Drehachse der Transportschnecke. Die Trennung der Kunststoffteilchen erfolgt hauptsächlich durch Schneiden.

Generell ist eine exakte Unterteilung der Trennverfahren kaum möglich, insbesondere wenn die Schneiden nicht genau axial oder nicht genau radial ausgerichtet sind. In der Regel werden die Kunststoffteilchen daher durch Scheren und Reißen und Schneiden zerkleinert. Günstig ist es schließlich, wenn im Bereich der Transportschnecke mit deren durchgehenden Schneiden/Messern/Zähnen (insbesondere in deren Zerkleinerungsbereich) zusammenwirkende, feststehende Gegenschnei-den/Gegenmesser/Gegenzähne angeordnet sind. Dadurch wird die Schnittleistung der Transportschnecke verbessert. Insbesondere bei Vorsehen von Messern und Gegenmessern erfolgt die Trennung der Kunststoffteilchen nicht mehr notwendigerweise vorwiegend durch Schneiden sondern gegebenenfalls auch durch Scherung.

An dieser Stelle wird angemerkt, dass sich die zu der Vorrichtung zur Verarbeitung von thermoplastischem Kunststoff offenbarten Varianten und daraus resultierenden Vorteile sinngemäß auch auf die Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens beziehen und umgekehrt.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.

Es zeigen jeweils in stark vereinfachter, schematischer Darstellung:

Fig. 1 eine erste beispielhafte und schematisch dargestellte Vorrichtung zur Verarbeitung von thermoplastischem Kunststoff mit einer Temperiereinrichtung und einer Regelung über einen Temperatursensor im Bereich des Eintritts in den Extruder;

Fig. 2 eine zweite beispielhafte Vorrichtung mit einer Regelung über die Belastung des Antriebs des Extruders;

Fig. 3 eine weitere beispielhafte Vorrichtung mit einer erweiterten Regelung;

Fig. 4 wie Fig. 1, nur mit Zähnen und Messern auf der Transportschnecke sowie einem Temperatursensor an der Extruderdüse;

Fig. 5 wie Fig. 1, nur mit durchgehenden Schneiden auf der Transportschnecke;

Fig. 6 eine Vorrichtung mit einem Sensor zur Erkennung sowie Eingabemitteln zur Eingabe der Type/Art des verarbeiteten Kunststoffs;

Fig. 7 eine Vorrichtung mit mehreren Beeinflussungspunkten im Verlauf des Transportwegs der Kunststoffteilchen und

Fig. 8 Temperaturverläufe für vier unterschiedliche Typen/Arten von Kunststoffteilchen entlang deren Transportweg durch die Vorrichtung.

Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbe-

Zeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 1a zur Verarbeitung von thermoplastischem Kunststoff, welche einen Vorratsbehälter 2 zur Aufnahme von stückförmigen Kunststoffteilchen umfasst, sowie eine mit dem Vorratsbehälter 2 an einer Übergabeöffnung B verbundene Transportschnecke 3 und einen an die Transportschnecke 3 anschließenden Extruder 4. Die Transportschnecke 3 wird von einem ersten Antriebsmotor 5 und der Extruder 4 von einem zweiten Antriebsmotor 6 angetrieben. Die Transportschnecke 3 und der Extruder 4 kreuzen einander in dem gezeigten Beispiel. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass es sich bei der Fig. 1 um eine rein schematische Darstellung handelt und die Transportschnecke 3 und der Extruder 4 auch anders zueinander angeordnet sein können, insbesondere koaxial. Denkbar ist auch, dass die Transportschnecke 3 und der Extruder 4 von einem einzigen Motor angetrieben werden.

Neben den bereits genannten Bauteilen weist die Vorrichtung 1a eine im Verlauf der Transportschnecke 3 angeordnete Temperiereinrichtung 7 auf. Dadurch können die Transportschnecke 3 beziehungsweise die damit geförderten stückförmigen Kunststoffteilchen während der Förderung temperiert werden. Je nach Ausbildung der Temperiereinrichtung 7 kann den Kunststoffteilchen über die Temperiereinrichtung 7 Wärme zu- oder abgeführt werden, wodurch diese dementsprechend erwärmt oder abgekühlt werden.

Die Temperiereinrichtung 7 kann durch eine Heizeinrichtung, eine Kühleinrichtung oder eine kombinierte Heiz- und Kühleinrichtung gebildet sein. Weiterhin kann die Temperatureinrichtung 7 mit elektrischem Strom oder einem Wärmeträger betrieben sein. Im Falle des Betriebs mit Strom kann die Temperiereinrichtung 7 insbesondere als Heizwendel ausgebildet sein. Wird die Temperiereinrichtung 7 mit einem Wärmeträger betrieben, so kann diese beispielsweise eine Rohrwendel auf weisen, die von dem Wärmeträger durchflossen wird, der gasförmig oder flüssig sein kann und die Temperiereinrichtung 7 erwärmen oder abkühlen kann.

In der Fig. 1 ist die Temperiereinrichtung 7 als um die Transportschnecke 3 angeordnete Heiz- und/oder Kühlmanschette dargestellt. Dies ist zwar vorteilhaft, jedoch nicht zwingend. Denkbar ist auch, dass die Temperiereinrichtung 7 alternativ oder zusätzlich in der Welle der Transportschnecke 3 integriert ist. Auf diese Weise kann der Wärmeübergang zwischen den Kunststoffteilchen und der Temperiereinrichtung 7 besonders gut erfolgen.

In der Fig. 1 ist die Temperiereinrichtung 7 zudem etwas vor dem Eingang des Extruders 4 dargestellt. Denkbar ist aber auch, dass die Temperiereinrichtung 7 direkt an den Extruder 4 angrenzt oder sogar in den Bereich des Extruders 4 hinüber ragt.

Generell ist die Zu- und/oder Abfuhr von Wärme einstellbar. Beispielsweise kann dazu der Strom, welcher eine Heizwendel der Temperiereinrichtung 7 durchfließt, einstellbar sein. Ist der Betrieb mit einem Wärmeträger vorgesehen, so kann der Zufluss zu der Temperiereinrichtung 7 mit Hilfe eines Ventils einstellbar sein. Denkbar ist auch, dass der Wärmeträger in einstellbarer Weise über einen Bypass geleitet werden kann. Zusätzlich oder alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Temperatur des Wärmeträgers über einen nicht dargestellten Wärmetauscher eines Heiz- oder Kühlkreislaufs eingestellt werden kann.

In dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel kann die Zu- und/oder Abfuhr von Wärme darüber hinaus in Abhängigkeit einer gemessenen Temperatur eingestellt oder geregelt werden. Zu diesem Zweck weist die Vorrichtung 1a einen Temperatursensor 8 zur Erfassung einer Temperatur im Bereich des Eintritts des Extruders 4 auf, sowie eine mit dem Temperatursensor 8 und der Temperiereinrichtung 7 verbundene Regelung 9. Die Regelung 9 ist dazu eingerichtet, die Wärmezufuhr durch die Temperiereinrichtung 7 zu erhöhen, wenn die Temperatur am Eingang des Extruders 4 sinkt und umgekehrt. Das heißt die Temperiereinrichtung 7 wird erwärmt, wenn eine Temperatur am Eingang des Extruders 4 sinkt und abgekühlt, wenn eine Temperatur dort steigt.

Durch die oben genannten Variante der Vorrichtung 1 a wird ein Vertreter für den mit "a" bezeichneten Fall verwirklicht. Das heißt, dass zumindest ein Temperatursensor 8 im Verlauf der Transportschnecke 3 und/oder im Verlauf des Extruders 4 angeordnet ist, und Mittel zur Beeinflussung der Temperiereinrichtung 7 sowie eine mit dem zumindest einen Temperatursensor 8 und den Beeinflussungsmitteln der Temperiereinrichtung 7 verbundene Steuerung/Regelung 9 vorgesehen sind.

In dem gezeigten Beispiel ist der Temperatursensor 8 konkret in Transportrichtung der geförderten Kunststoffteilchen nach der der Temperiereinrichtung 7 angeordnet. Auf diese Weise kann eine vorgebbare (Soll)Temperatur der dem Extruder 4 zugeführten Kunststoffteilchen geregelt und damit besonders gut eingehalten werden.

Grundsätzlich ist es aber auch möglich, dass der Temperatursensor 8 in Transportrichtung vor der Temperiereinrichtung 7 angeordnet ist. In diesem Fall kann beispielsweise eine Steuerung für die Temperiereinrichtung 7 vorgesehen sein, welche die Leistungsabgabe der Temperiereinrichtung 7 anhand der Temperatur der zugeführten Kunststoffteilchen steuert. Denkbar ist auch, dass vor der Temperatureinrichtung 7 und nach der Temperatureinrichtung 7 Temperatursensoren 8 angeordnet sind.

Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen kann eine Soll-Temperatur im Extruder 4 und/oder am Eingang des Extruders 4 mit hoher Sicherheit erreicht werden. Mittels der Temperiereinrichtung 7 kann dem Extruder 4 zugeführtes Material erwärmt werden, beispielsweise wenn dies mit sehr niederer Temperatur angeliefert wurde und/oder hohe Wärmekapazität aufweist und/oder eine hohe Schmelztemperatur aufweist und/oder durch Reibung, Scherarbeit und Kompression im Transportrohr nicht in der erwarteten Weise erwärmt wurde. Denkbar ist im Speziellen aber auch, dass die dem Extruder 4 zugeführten Kunststoffteilchen mit Hilfe der Temperiereinrichtung 7 gekühlt werden, beispielsweise wenn Material mit sehr hoher Temperatur angeliefert wurde und/oder niedere Wärmekapazität aufweist und/oder eine niederere Schmelztemperatur aufweist und/oder durch Reibung, Scherarbeit und Kompression im Transportrohr übermäßig erwärmt wurde.

Fig. 2 zeigt nun eine Vorrichtung 1b, welche der in der Fig. 1 gezeigten Vorrichtung 1a sehr ähnlich ist. Im Unterschied dazu ist die Regelung 9 aber nicht mit dem Temperatursensor 8 verbunden, sondern mit Mitteln 10 zur Erfassung einer Belastung des Antriebs 6 des Extruders 4. Dementsprechend wird die Zu-und/oder Abfuhr von Wärme in dem in Fig. 2 dargestellten Beispiel in Abhängigkeit einer Belastung des Extruders 4 eingestellt oder geregelt. Insbesondere wird die Wärmezufuhr erhöht, wenn die Belastung des Extruders 4 steigt und umgekehrt. Das heißt die Temperiereinrichtung 7 wird erwärmt, wenn die Belastung des Extruders 4 steigt und abgekühlt, wenn die Belastung des Extruders 4 sinkt.

Durch die genannte Variante der Vorrichtung 1 b wird ein Vertreter für den mit "b" bezeichneten Fall verwirklicht. Das heißt, dass Mittel 10 zur Erfassung einer Belastung eines Antriebs 6 des Extruders 4, Mittel zur Beeinflussung der Temperiereinrichtung 7 sowie eine mit den Erfassungsmitteln 10 und den Beeinflussungsmitteln verbundene Regelung 9 vorgesehen sind.

Zur Ermittlung der Belastung des Extruders 4 können die Erfassungsmittel 10 als Sensor zur Messung einer Drehzahl des Antriebs 6 des Extruders 4 (z.B. als digitaler Inkrementalgeber), als Sensor zur Messung eines von diesem Antrieb 6 aufgenommener Stroms (z.B. als Spannungsmesser an einem Strommesswiderstand) oder als Sensor zur Messung der Torsion einer Welle im Antrieb 6 ausgebildet sein (z.B. als Messbrücke mit Dehnmeßstreifen). Sinkt die Drehzahl des Antriebs 6, steigt der vom Antrieb 6 aufgenommene Strom oder steigt die Torsion einer Welle im Antrieb 6, so ist dies ein Zeichen für eine stärkere Belastung des Extruders 4.

An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass es sich beim Antrieb 6 nicht notgedrungen um einen Motor alleine handelt, sondern der Antrieb 6 beispielsweise auch ein Getriebe aufweisen kann. Die oben genannte Drehzahl und die oben genannte Torsion kann daher auch an einem Bauteil im Getriebe abgenommen werden.

Fig. 3 zeigt nun ein weiteres Beispiel einer Vorrichtung 1c, welche den in den Figuren 1 und 2 dargestellten Vorrichtungen 1a und 1b sehr ähnlich ist. Bei der Vor- richtung 1c ist die Regelung 9 sowohl mit einem Temperatursensor 8 des Extruders 4 als auch mit Mitteln 10 zur Erfassung einer Belastung des Antriebs 6 des Extruders 4 verbunden. Die Regelung der Temperiereinrichtung 7 kann somit besonders differenziert erfolgen.

Bei der Vorrichtung 1 c ist insbesondere auch der Antriebsmotor 5 der Transportschnecke 3 an die Regelung 9 angeschlossen und wird in die Steuerung/Regelung der Vorrichtung 1c eingebunden. Beispielsweise kann die Drehzahl der Transportschnecke 3 gesenkt werden, wenn Belastung des Extruders 4 steigt und umgekehrt, insbesondere synchron zu einer Erhöhung der Temperatur.

Im Unterschied zu Fig. 1 ist der Temperatursensor 8 im Bereich des Austritts des Extruders 4 angeordnet. Dadurch kann die Regelung 9 die Temperatur am Austritt des Extruders 4 regeln, wodurch das ordnungsgemäße Aufschmelzen der Kunststoffteilchen gut kontrolliert werden kann. Selbstverständlich könnte der Temperatursensor 8 aber auch am Eingang des Extruders 4 angeordnet sein, so wie dies in der Fig. 1 dargestellt ist.

Aus der Fig. 3 ist insbesondere auch ersichtlich, dass die Vorrichtung 1c nicht notgedrungen einen Behälter 2 aufweist, sondern die Transportschnecke 3, wie dargestellt, an ein Transportrohr 11 angeschlossen sein kann. Überdas Transportrohr 11 werden Kunststoffteilchen nicht nur zur Transportschnecke 3 befördert, sondern auch zu anderen (nicht dargestellten) Einheiten. Insbesondere erfolgt die Transportrichtung von oben nach unten. Durch die Bewegung der Kunststoffteilchen und den in das Transportrohr 11 hineinragenden Vorsprung, kann etwas von dem im Transportrohr 11 transportiertem Material abgezweigt und in die Transportschnecke 3 befördert werden.

In den bisher gezeigten Beispielen ist die Transportschnecke 3 in horizontaler Richtung und die Übergabeöffnung B in vertikaler Richtung ausgerichtet ist. Dies ist zwar vorteilhaft, jedoch nicht zwingend. Denkbar ist generell natürlich auch, dass die die Transportschnecke 3 und/oder der Querschnitt der Übergabeöffnung B schräg ausgerichtet sind.

Generell ist es auch von Vorteil, wenn die Transportschnecke 3 radial angeordnete Schneiden, Messer oder Zähne aufweist. Auf diese Weise kann das in die Transportschnecke 3 geförderte Material weiter zerkleinert werden, bevor es den Extruder 4 erreicht. Die Transportschnecke 3 kann somit auch (teilweise) als Auf-bereitertrommel/Zerkleinerungsschnecke aufgefasst werden beziehungsweise diese Funktion beinhalten.

Die Fig. 4 zeigt anhand einer Vorrichtung 1 d, welche im Wesentlichen der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung 1a entspricht, wie eine solche Transportschnecke 3 ausgebildet sein kann. Konkret umfasst die Transportschnecke 3 der Vorrichtung 1d Zähne 12 und Gegenzähne 13 sowie Messer 14 und Gegenmesser 15, wobei die Zähne 12 und Gegenzähne 13 eher im vorderen Bereich der Transportschnecke 3 und die Messer 14 und Gegenmesser 15 im Endbereich der Transportschnecke 3 angeordnet sind. Auf diese Weise wird das in die Transportschnecke 3 geförderte Material weiter zerkleinert, bevor es den Extruder 4 erreicht. Somit kann dem Extruder 4 Material von optimaler Größe zugeführt werden, wodurch eine ordnungsgemäße Durchmischung und ein ordnungsgemäßes Aufschmelzen des Materials gewährleistet und ein Verstopfen des Extruders 4 verhindert werden kann.

Im Unterschied zu Fig. 1 ist zusätzlich zu einem im Bereich des Eintritts des Extruders 4 angeordneten Temperatursensor 8a ein weiterer Temperatursensor 8b vorgesehen, der im Bereich der Düse des Extruders 4 angeordnet ist (vergleiche auch Fig. 3). Dadurch kann der Regelung 9 sowohl die Temperatur der Kunststoffteilchen am Eintritt des Extruders 4 als auch deren Temperatur am Austritt des Extruders 4 zugrunde gelegt werden. Der Prozess der Aufbereitung der Kunststoffteilchen kann somit besonders gut kontrolliert werden. Insbesondere kann an die Regelung 9 eine (nicht dargestellte) Heizung des Extruders 4 angeschlossen sein. Dadurch kann ein erster Regelkreis gebildet werden, weicherden ersten Temperatursensor 8a sowie die Temperiereinrichtung 7 umfasst, sowie ein zweiter Regelkreis, welcher den zweiten Temperatursensor 8b und die Extruderheizung umfasst. Die beiden Regelschleifen können unabhängig voneinander arbeiten, oder es kann diesen eine weitere Regelschleife übergeordnet sein.

Fig. 5 zeigt schließlich ein Beispiel einer Vorrichtung 1e, welcher der in Fig. 4 dargestellten Vorrichtung 1d sehr ähnlich ist. Bei dieser Variante weist die Transportschnecke 3 jedoch keine Zähne 12 und keine Messer 14 auf, sondern durchgehende Schneiden 16. Diese Schneiden 16 wirken mit feststehenden Schneiden 17 zusammen, wodurch das zugeführte Material ebenfalls zerkleinert wird.

Die feststehenden Schneiden 17 können beispielsweise als axial ausgerichtete Schneiden ausgebildet sein (siehe auch die Frontansicht B) oder aber auch ebenfalls spiralförmig verlaufen (siehe die Frontansicht C). Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Steigung der feststehenden spiralförmigen Schneiden 17 eine andere ist als die der Schneiden 16 der Transportschnecke 3, da dann Belastungsspitzen im Antriebsdrehmoment vermieden werden. Die spiralförmigen Scheiden 17 können im gleichen Richtungssinn gewunden sein wie die Schneiden 16 der Transportschnecke 3 oder auch gegenläufig dazu. Schließlich wäre auch vorstellbar, dass die feststehenden Schneiden 17 normal zur Achse der Transportschnecke 3 stehen.

Generell ist es von Vorteil, wenn die feststehenden Schneiden 17 nur im oberen und im seitlichen Bereich der Transportschnecke 3 angeordnet sind, da auf diese Weise vermieden wird, dass sich Material im unteren Bereich der Transportschnecke 3 ansammelt, das nicht abtransportiert wird. Zudem läuft das Rohr, in dem die Transportschnecke 3 läuft, trichterförmig zusammen, wodurch der Einzug der Kunststoffteilchen in die Transportschnecke 3 begünstigt wird. Selbstverständlich eignet sich die genannte exzentrische Konfiguration und/oder die genannte trichterförmige Struktur auch für die in der Fig. 4 dargestellten Zähne 12 und Messer 14. Umgekehrt ist auch für die Schneiden 17 der Fig. 5 eine zu der Transportschnecke 3 koaxiale und/oder zylindrische Anordnung möglich. Denkbar ist schließlich auch, dass die Transportschnecke 3 Schneiden 12, Messer 14 und Zähne 16 aufweist oder eine beliebige Kombination davon.

Fig. 6 zeigt nun eine weitere Variante einer Vorrichtung 1f, welche einen Sensor 18 zur Erkennung der Type/Art des verarbeiteten Kunststoffs aufweist, einen Speicher 19 mit einer darin gespeicherten Zuordnung zwischen der Type/Art des Kunststoffs und einer Solltemperatur im Extruder 4 und/oder am Eingang des

Extruders 4 sowie Mittel zum Laden der Solltemperatur, welche der erkannten Ty-pe/Art des Kunststoffs entspricht, in die Steuerung/Regelung 9. Im gezeigten Beispiel sind der Speicher 19 und die Steuerung/Regelung 9 Teil eines Prozessrechners 20. Selbstverständlich können der Speicher 19 und die Steuerung/Regelung 9 auch eigenständige Einheiten bilden.

Bei dieser Variante wird die Temperatur am Temperatursensor 8 also nicht nur geregelt, sondern es wird auch festgestellt, welcher Sollwert der Regelung zugrunde gelegt werden soll. Grundsätzlich können verschiedenen Sensoren 18 zur Erkennung der Type/Art des Kunststoffs eingesetzt werden. Beispielsweise kann dieser nach dem Prinzip der Spektralanalyse arbeiten. Unter Umständen ist eine laufende Bestimmung der Type/Art des Kunststoffs aufgrund der nötigen Messzeit nicht oder nur eingeschränkt möglich. Denkbar ist daher auch, dass die Messung zu Beginn einer Charge durchgeführt wird und das Ergebnis der folgenden Bearbeitung zugrunde gelegt wird.

Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen können unterschiedlichste Materialien in vorteilhafter Weise verarbeitet werden. Dies ist insbesondere im Zusammenhang mit Vorrichtungen 1f von Vorteil, die für das Recycling von Kunststoff eingesetzt werden, da dort besonders viele unterschiedliche Kunststoffe anfallen. Oft ist gar nicht bekannt, welcher Kunststoff beziehungsweise welche Kunststoffgemische zu verarbeiten sind. Durch Einsatz des oben genannten Sensors 18 kann die Type/Art des verarbeiteten Kunststoffs jedoch festgestellt und die Vorrichtung 1f darauf eingestellt werden.

Alternativ oder zusätzlich zum Sensor 18 können auch Eingabemittel 21 zur Eingabe der Type/Art des verarbeiteten Kunststoffs vorgesehen sein, so wie dies in der Fig. 6 dargestellt ist. Auf diese Weise kann die Type/Art von einem Maschinenführer eingegeben werden, beispielsweise indem er einen oder mehrere Kunststoffe aus einer angebotenen Tabelle auswählt. Beispielsweise können der Eingabe die Ergebnisse aus einer Laboranalyse oder Informationen eines Zulieferers zugrundegelegt werden.

Ergänzend zu den obigen Ausführungen wird angemerkt, dass im Speicher 19 auch eine Zuordnung zwischen der Type/Art eines Kunststoffs und einem Soll-Temperaturverlauf entlang zumindest eines Teils des Transportverlaufs der Kunststoffteilchen, enthaltend die Solltemperatur im Extruder 4 und/oder am Eingang des Extruders 4, gespeichert sein kann. Zudem können weitere Steuerkrei-se/Regelkreise im Transportverlauf der Kunststoffteilchen vorgesehen sein, mit welchen die Temperatur der Kunststoffteilchen beeinflussbar ist und in welche der genannte Soll-Temperaturverlauf oder Teile davon ladbar sind.

Bei dieser Variante wird also nicht nur eine einzige Soll-Temperatur punktuell vorgegeben, sondern ein Soll-Temperaturverlauf entlang zumindest eines Teils des Transportverlaufs der Kunststoffteilchen, welcher zumindest durch die Transportschnecke 3 und den Extruder 4 führt. Dadurch kann die Vorrichtung 1f noch besser auf die Type/Art des verarbeiteten Kunststoffs eingestellt werden.

Fig. 7 zeigt dazu ein Beispiel, bei dem die Steuerung/Regelung 9 an mehreren Punkten einer Vorrichtung 1g Einfluss nimmt, so wie dies vereinfacht mit strichlier-ten Pfeilen dargestellt ist. Zu diesem Zweck können auch mehrere (in der Fig. 7 nicht explizit dargestellte) im Transportverlauf der Kunststoffteilchen angeordnete Temperatursensoren 8, 8a, 8b vorgesehen sein. In der Fig. 7 ist weiterhin eine von der Transportschnecke 3 unabhängig antreibbare Zerkleinerungswelle 22 mit darauf angeordneten Messern vorgesehen. Für den Antrieb derselben umfasst die Vorrichtung 1g daher auch einen weiteren Motor 23. Mit Hilfe dieser Zerkleine-rungs- oder Messerwelle 22 kann die Größe der dem Extruder zugeführten Kunststoffteilchen unabhängig vom Materialstrom durch die Transportschnecke 3 eingestellt werden. Wird die Drehzahl der Zerkleinerungs- oder Messerwelle 22 gegenüber der Drehzahl der Transportschnecke 3 erhöht, so werden die Kunststoffteilchen stärker zerkleinert und umgekehrt.

Insbesondere kann die Temperatur der Kunststoffteilchen je nach Type/Art in deren gesamten Transportverlauf bis zu einer Position im Extruder 4 stetig steigend sein oder stetig steigend, jedoch im Verlauf der Transportschnecke im Wesentlichen gleichbleibend sein oder stetig steigend, jedoch im Verlauf der Transportschnecke sinkend sein, so wie dies in der Fig. 8 beispielhaft dargestellt ist Konkret zeigt Fig. 8 mehrere Temperaturverläufe durch die Vorrichtung 1g. Konkret sind die Temperaturen T an mehreren überden Weg s verteilten Punkten A..F dargestellt. Punkt A bezeichnet dabei den Eingang des Vorratsbehälters 2, Punkt B den Eingang zur Zerkleine-rungs- oder Messerwelle 22, Punkt C den Eingang zur Transportschnecke 3,

Punkt D den Eingang zum Extruder 4, Punkt E eine Stelle im Extruder 4 und Punkt F den Ausgang beziehungsweise die Düse des Extruders 4.

Konkret sind Temperaturverläufe für vier unterschiedliche Materialien M1 ..M4 dargestellt. Für die Materialien M1 und M2 ist die Temperatur T in gesamten Transportverlauf bis zur Position E stetig steigend. Diese Verläufe eignen sich insbesondere für Kunststoffe, denen durch Reibung in der Transportschnecke 3 relativ wenig Energie zugeführt wird, beziehungsweise Kunststoffe, die einen vergleichsweise hohen Schmelzpunkt aufweisen. Beispielsweise kann für das Material M1 Polyethylenterephthalat (PET) und für das Material M2 Polyamid (PA) vorgesehen sein. Für die Materialien M3 und M4 ist die Temperatur T in gesamten Transportverlauf bis zur Position E stetig steigend, jedoch im Verlauf der Transportschnecke 3 sinkend. Diese Verläufe eignen sich insbesondere für Kunststoffe, denen durch Reibung in der Transportschnecke 3 relativ viel Energie zugeführt wird, beziehungsweise Kunststoffe, die einen vergleichsweise niedrigen Schmelzpunkt aufweisen. Beispielsweise kann für das Material M3 Polyolefin und Material M4 Ethylenvinylacetat (EVA) vorgesehen sein.

Die Materialien M3 und M4 werden im Verlauf der Transportschnecke 3 durch die Temperiereinrichtung 7 also gekühlt, um ein Verstopfen oder Verkleben der Extruderöffnung D beziehungsweise ein Anbacken der Kunststoffteilchen an derselben zu vermeiden oder wenigstens zu verringern. Vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang insbesondere auch, wenn eine Kühlleistung der Temperiereinrichtung 7 größer ist als eine den stückförmigen Kunststoffteilchen in der Transportschnecke 3 durch Reibung zugeführte Leistung. In einerweiter bevorzugten Variante ist die Kühlleistung der Temperiereinrichtung 7 größer als eine Antriebsleistung der

Transportschnecke 4. Letztere ist in der Regel leichter zu bestimmen als eine den stückförmigen Kunststoffteilchen in der Transportschnecke 4 durch Reibung zugeführte Leistung, wodurch auch die Dimensionierung der Temperiereinrichtung 7 vereinfacht wird. Eine dadurch eventuell erfolgte, geringfügige Überdimensionierung kann als Sicherheit dienen.

In dem vorliegenden Beispiel wurde Bezug auf einen Transportweg bis zur Position E genommen. Ab dieser Position E steigt die Temperatur T bis zur Düse F nicht mehr an. Denkbar ist aber auch, dass die Temperatur T auch von der Position E bis zur Düse F ansteigt. In diesem Fall gelten die obigen Erwägungen für den gesamten Transportweg der Kunststoffteilchen durch die Vorrichtung 1g.

Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten einer Vorrichtung 1a..1g zur Verarbeitung von thermoplastischem Kunststoff sowie Verfahren zu deren Betrieb, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass auch diverse Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander möglich sind.

Im Speziellen wird darauf hingewiesen, dass die vorgestellten Regelprinzipien nicht notgedrungen an die mechanischen Eigenschaften der zur Erklärung gewählte Bauform der Vorrichtung 1a..1g gebunden sind. Das heißt, die Beispiele sind hinsichtlich ihrer regelungstechnischen Eigenschaften und hinsichtlich ihres mechanischen Aufbaus untereinander austauschbar. Beispielsweise kann das in der Fig. 1 vorgestellte Regelungsprinzip auch mit einer Transportschnecke 3 nach der Fig. 4 oder 5 beziehungsweise im Zusammenhang mit einem Transportrohr 11 angewandt werden. Das in der Fig. 3 dargestellte Regelungsprinzip kann auch in Vorrichtungen 1a, 1b, 1 d, 1e, 1 f, 1g angewandt werden und so weiter.

Insbesondere wird festgehalten, dass eine Vorrichtung 1 a..1 g in der Realität auch mehr oder weniger Bestandteile als dargestellt umfassen kann.

Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus der Vorrichtung 1a..1g diese beziehungsweise deren Bestandteile teilweise unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert dargestellt wurden.

Die den eigenständigen erfinderischen Lösungen zugrundeliegende Aufgabe kann der Beschreibung entnommen werden.

Bezugszeichenliste 1a.. 1g Vorrichtung zur Verarbeitung von thermoplastischem Kunststoff 2 Vorratsbehälter 3 Transportschnecke 4 Extruder 5 erster Antrieb (für Transportschnecke) 6 zweiter Antrieb (für Extruder) 7 Temperiereinrichtung 8, 8a, 8b Temperatursensor 9 Regelung 10 Erfassungsmittel für die Belastung des Extruders 11 Transportrohr 12 Zähne (auf Transportschnecke) 13 Gegenzähne 14 Messer (auf Transportschnecke) 15 Gegenmesser 16 durchgehende Schneiden (auf Transportschnecke) 17 Gegenschneiden 18 Sensor zur Erkennung der Type/Art des Kunststoffs 19 Tabelle/Speicher mit Zuordnung Type/Art Kunststoff vs. Solltemperatur 20 Prozessrechner 21 Eingabemittel zur Eingabe der Type/Art des Kunststoffs 22 Zerkleinerungswelle / Messerwelle 23 Motor für Zerkleinerungswelle / Messerwelle A Eingang Vorratsbehälter B Übergabeöffnung / Eingang zur Zerkleinerungswelle / Messerwelle C Eingang zur Transportschnecke D Eingang zum Extruder E Position innerhalb Extruder F Ausgang/Düse Extruder M1..M4 Material s Weg T Temperatur

Claims (24)

1. Patentansprüche

   1. Vorrichtung (1a..1g) zur Verarbeitung von thermoplastischem Kunststoff, umfassend einen Vorratsbehälter (2) zur Aufnahme von stückförmigen Kunststoffteilchen oder eine Transportleitung (11) zum Transport von stückförmigen Kunststoffteilchen, eine mit dem Vorratsbehälter (2) / der Transportleitung (11) an einer Übergabeöffnung (B) verbundene Transportschnecke (3) und einen an die Transportschnecke (3) anschließenden Extruder (4), gekennzeichnet durch eine im Verlauf der Transportschnecke (3) angeordnete Temperiereinrichtung (7) und a) zumindest einen Temperatursensor (8, 8a, 8b), welcher im Verlauf der Transportschnecke (3) und/oder im Verlauf des Extruders (4) angeordnet ist, Mittel zur Beeinflussung der Temperiereinrichtung (7) sowie eine mit dem zumindest einen Temperatursensor (8, 8a, 8b) und den Beeinflussungsmitteln der Temperiereinrichtung (7) verbundene Steuerung/Regelung (9) und/oder b) Mittel (10) zur Erfassung einer Belastung eines Antriebs (6) des Extruders (4), Mittel zur Beeinflussung der Temperiereinrichtung (7) sowie eine mit den Erfassungsmitteln (10) und den Beeinflussungsmitteln verbundene Regelung (9).
2. 2. Vorrichtung (1a..1g) nach Anspruch 1, dass die Temperiereinrichtung (7) durch eine Heizeinrichtung, eine Kühleinrichtung oder eine kombinierte Heiz- und Kühleinrichtung gebildet ist.
3. 3. Vorrichtung (1a..1g) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kühlleistung der Kühleinrichtung oder der kombinierten Heiz- und Kühleinrichtung größer ist als eine den stückförmigen Kunststoffteilchen in der Transportschnecke (3) durch Reibung zugeführte Leistung.
4. 4. Vorrichtung (1a..1g) nacheinem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Temperatursensor (8, 8a, 8b) im Fall a) in Transportrichtung nach der der Temperiereinrichtung (7) angeordnet ist.
5. 5. Vorrichtung (1a..1g) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Temperatursensor (8, 8a, 8b) im Fall a) im Bereich des Übergangs zwischen der Transportschnecke (3) und dem Extruder (4) angeordnet ist.
6. 6. Vorrichtung (1a..1g) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung (9) im Fall a) dazu eingerichtet ist, die Wärmezufuhr durch die Temperiereinrichtung (7) zu erhöhen, wenn eine Temperatur (T) im Extruder (4) / am Eingang des Extruders (4) sinkt und umgekehrt.
7. 7. Vorrichtung (1a..1g) einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung (9) im Fall b) dazu eingerichtet ist, die Wärmezufuhr durch die Temperiereinrichtung (7) zu erhöhen, wenn eine Belastung des Extruders (4) steigt und umgekehrt.
8. 8. Vorrichtung (1a..1g) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen Sensor (18) zur Erkennung der Type/Art des verarbeiteten Kunststoffs und/oder ein Eingabemittel (21) zur Eingabe der Type/Art des verarbeiteten Kunststoffs, einen Speicher (19) mit einer darin gespeicherten Zuordnung zwischen der Type/Art des Kunststoffs und einer Solltemperatur im Extruder (4) / am Eingang des Extruders (4) und Mittel zum Laden der Solltemperatur, welche der erkannten/eingegeben Type/Art des Kunststoffs entspricht, in die Steuerung/Regelung (9).
9. 9. Vorrichtung (1a..1g) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch mehrere im Transportverlauf der Kunststoffteilchen angeordnete Temperatursensoren (8, 8a, 8b).
10. 10. Vorrichtung (1a..1g) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Speicher (19) eine Zuordnung zwischen der Type/Art eines Kunststoffs und einem Soll-Temperaturverlauf entlang zumindest eines Teils des Transportverlaufs der Kunststoffteilchen, enthaltend die Solltemperatur im Extruder (4) / am Eingang des Extruders (4), gespeichert ist und weitere Steuerkreise/Regelkreise im Transportverlauf der Kunststoffteilchen vorgesehen sind, mit welchen die Temperatur (T) der Kunststoffteilchen beeinflussbar ist und in welche der genannte Soll-Temperaturverlauf oder Teile davon ladbar sind.
11. 11. Vorrichtung (1a..1g) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Transportschnecke (3) darauf angeordnete Zerkleinerungsmittel (12, 14, 16) aufweist.
12. 12. Vorrichtung (1a..1g) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerkleinerungsmittel durch Zähne (12) und/oder Messer (14) und/oder durchgehende Schneiden (16) gebildet sind.
13. 13. Vorrichtung (1a..1g) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Transportschnecke (3) mit deren Zähnen (12) / Messern (14) / durchgehenden Schneiden (16) zusammenwirkende, feststehende Gegenzähne (13) / Gegenmesser (15) / Gegenschneiden (17) angeordnet sind.
14. 14. Verfahren zur Verarbeitung von thermoplastischem Kunststoff mittels einer Vorrichtung (1a..1g), welche einen Vorratsbehälter (2) zur Aufnahme von stückförmigen Kunststoffteilchen odereine Transportleitung (11) zum Transport von stückförmigen Kunststoffteilchen umfasst, eine mit dem Vorratsbehälter (2) / der Transportleitung (11) an einer Übergabeöffnung (B) verbundene Transportschnecke (3) sowie einen an die Transportschnecke (3) anschließenden Extruder (4), dadurch gekennzeichnet, dass die stückförmigen Kunststoffteilchen im Verlauf der Transportschnecke (3) durch eine Temperiereinrichtung (7) temperiert werden.
15. 15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffteilchen durch Zu- oder Abfuhr von Wärme über die Temperiereinrichtung (7) temperiert werden.
16. 16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Zu-und/oder Abfuhr von Wärme in Abhängigkeit einer Temperatur (T) im Extruder (4) / am Eingang des Extruders (4) eingestellt oder geregelt wird.
17. 17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Abfuhr von Wärme verstärkt wird, wenn die Temperatur (T) im Extruder (4) / am Eingang des Extruders (4) steigt und umgekehrt.
18. 18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Zu- und/oder Abfuhr von Wärme in Abhängigkeit einer Belastung des Extruders (4) eingestellt oder geregelt wird.
19. 19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Abfuhr von Wärme verstärkt wird, wenn die Belastung am des Extruders (4) sinkt und umgekehrt.
20. 20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass für die Ermittlung der Belastung des Extruders (4) eine Drehzahl eines Antriebs (6) des Extruders (4), ein von diesem Antrieb (6) aufgenommener Strom oder die Torsion einer Welle im Antrieb (6) gemessen wird.
21. 21. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die stückförmigen Kunststoffteilchen im Verlauf der Transportschnecke (3) durch die Temperiereinrichtung (7) gekühlt werden.
22. 22. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Type/Art des verarbeiteten Kunststoffs durch einen Sensor (18) erkannt und/oder über ein Eingabemittel (21) erfasst wird, eine Zuordnung zwischen der Type/Art eines Kunststoffs und einer Solltemperatur im Extruder (4) / am Eingang des Extruders (4) aus einem Speicher (19) ausgelesen wird und die Solltemperatur, welche der erkannten/eingegeben Type/Art des Kunststoffs entspricht, in eine Steuerung/Regelung (9) zum Steuern/Regeln der Temperiereinrichtung (7) geladen wird.
23. 23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zuordnung zwischen der Type/Art eines Kunststoffs und einem Soll-Temperaturverlauf entlang zumindest eines Teils des Transportverlaufs der Kunststoffteilchen, enthaltend die Solltemperatur im Extruder (4) / am Eingang des Extruders (4), aus dem Speicher (19) ausgelesen wird und der Soll-Temperaturverlauf oder Teile davon in weitere Steuerkrei-se/Regelkreise im Transportverlauf der Kunststoffteilchen, welche zum Steuern/Regeln einer Temperatur (T) der Kunststoffteilchen vorgesehen sind, geladen wird.
24. 24. Verfahren einem der Ansprüche 14 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur (T) der Kunststoffteilchen je nach Type/Art in deren gesamten Transportverlauf oder bis zu einer Position im Extruder (4) stetig steigend ist oder stetig steigend, jedoch im Verlauf der Transportschnecke (3) im Wesentlichen gleichbleibend ist oder stetig steigend, jedoch im Verlauf der Transportschnecke (3) sinkend ist.