Verfahren zur kontinuierlichen Aufbereitung von Thermoplasten oder Duroplasten
Bei der Aufbereitung von Thermoplasten oder Duroplasten handelt es sich darum, die erforderlichen Kunststoff-Rohmaterialien mit Farbstoff, Füllstoff, Stabilisatoren, Weichmachern oder Gleitmitteln miteinander zu verarbeiten. Dies geschieht bisher unter Verwendung von Maschinen, die zum Teil einen sehr unterschiedlichen Aufbau aufweisen. So verwendet man zu diesen Zwecken z. B. Schneckenpressen. Es ist aber auch schon bekannt, diesen Aufbereitungsvorgang in einer Mischtrommel vorzunehmen, wobei ohne Druckanwendung auf die in diese Mischtrommel aufgegebenen Materialien der gesamte Aufbereitungsvorgang in einem Arbeitsgang durchge- führt wird.
Hierbei kann in einer solchen Mischtrommel die Aufbereitung der Kunststoff-Rohmaterialien nach dem sogenannten Dry-Blend-Verfahren erfolgen, wobei also die Rohmaterialien im Endzustand trocken rieselfähig sind. Dieses Aufbereitungsverfahren kann aber auch so weit getrieben werden, dass das Endprodukt einen plastischen Zustand annimmt.
Bei der Aufbereitung solcher Kunststoff-Rohmaterialien handelt es sich darum, dass diese Rohmaterialien zunächst intensiv gemischt werden. Eine zweite Phase dieses Arbeitsprozesses ergibt sich dann, wenn die Zugabe des Weichmachers erfolgt.
Alsdann muss eine Aufheizung dieser Rohmaterialien eintreten, die über die Verdampfungstemperatur steigt, damit alle Feuchtigkeitsbestandteile aus der Mischung ausgetrieben werden können. Eine weitere Zwischenstufe besteht darin, dass von hier ab eine weitere Aufheizung notwendig ist, wobei sämtliche Weichmacheranteile so innerhalb der Kunststoffpulver gebunden sind, dass diese rieselfähig werden.
Wenn es sich darum handelt, die Kunststoff-Rohmaterialien bis zur Plastifizierung zu bearbeiten, muss dies in einer weiteren Arbeitsphase des gesamten Arbeitsvorganges erfolgen.
Wenn man - wie bereits bekannt - diese verschiedenen Arbeitsvorgänge in einer Mischtrommel durchführt, die mit einer Mischwerkswelle mit dazugehörigen Mischwerkzeugen ausgerüstet ist, wobei dieser Mischwerkswelle eine bestimmte Drehzahl gegeben wird, dann vollziehen sich die einzelnen Arbeitsphasen des gesamten Aufbereitungsvorganges in der Weise, dass man nicht in der Lage ist, sich individuell den besonderen Arbeitsbedingungen jeder ein zelnen Arbeitsphase anpassen zu können.
Die Erfindung geht von dieser Erkenntnis aus und setzt es sich zum Ziele, dem Arbeitsvorgang für jede einzelene Phase der Aufbereitung der Kunst stoff-Rohmaberialien oder aber für eine Gruppe solcher einzelner Arbeitsphasen eine Anpassung zu erreichen an die jeweiligen Arbeitsbedingungen, die bei diesen einzelnen Arbeitsphasen besteht. Demzufolge besteht die Erfindung bei einer kontinuierlichen Aufbereitung von Thermoplasten oder Duroplasten darin, dass der Aufbereitungsvorgang der zugehört gen Stoffe zeitlich nacheinander in mehreren einander nachgeschalteten Mischtrommeln erfolgt, deren Durchsatzmenge und/oder Verweilzeit, vorteilhaft auch deren Mischreibungsbeanspruchung geregelt wird.
Diese Regelung der Durchsatzmenge und/oder Verweilzeit und eventuell der Mischreibungsbeanspruchung der Kunststoff-Rohmaterialien mit den dazugehörigen Zusatzstoffen in den einzelnen nacheinandergeschalteten Mischtrommeln kann auf verschiedene Art und Weise erfolgen. So ist es möglich, der Mischwerkswelle jeder Mischtrommel einen eigenen Regelmotor als Antriebsmotor zuzuordnen; mann kann dabei jeder Mischtrommel eine zugehörige Materialaufgabeschnecke zuordnen, die wiederum mit einem regelbaren Antrieb versehen wird.
Besonders vorteilhaft ist es, sowohl die Mischwerkswelle als auch die Aufgabeschnecke mit einem eigenen Antrieb zu versehen; hierbei ist jedoch der Antrieb der Mischwerkswelle und der Aufgabeschnecke derart zu koppeln, dass erst bei Aufnahme einer bestimmten Leistung durch den Regelmotor des Mischwerkes der Antrieb für die Aufgabeschnecke in Tätigkeit tritt und in seiner Geschwindigkeit gesteuert wird. Die Regelung der einzelnen Faktoren zur individuellen Anpassung an die jeweilige Arbeitsphase einer einzelnen Mischtrommel kann auch dadurch herbeigeführt werden, dass am Auslaufsend'e der Mischtrommel eine Staublende vorgesehen ist, deren Öffnungsquerschnitt regelbar ist. Sofern regelbare Staublenden Anwendung finden, erfolgt die Regelung der Durchsatzmenge für die einzelnen Mischt trommeln zusätzlich durch die Menge des aufgegebenen Mischgutes.
Die Regelung der Durchsatzmenge kann im übrigen auch für jede einzelne Mischtrommel dadurch herbeigeführt werden, dass die Mischwerkzeuge an der Mischwerkswelle einer Winkelverstellung unterworfen werden, womit deren axiale Förderkomponenten regelbar werden. Die Verweilzeit des Mischgutes in den einzelnen Mischtrommeln ist abhängig von der Öffnung der zu verwendenden Stau- blenden, wodurch die Stärke der bei der Rotation der Antriebswellen erzeugten Materialringbildung entsprechend vergrössert oder verkleinert wird.
Erfolgt die Überleitung des Mischgutes von einer Mischtrommel in die nächstfolgende Mischtrommel ohne Staublende mittels Aufgabeschnecke, so ist die Stärke der Ringbildung in einer Mischtrommel und damit die Verweilzeit des Mischgutes in dieser Mischtrommel re regelbar. Die Verweilzeit des Mischgutes in den einzelnen Mischtrommeln kann anderseits auch dadurch beeinflusst werden, dass die Längen der einzelnen Mischtrommeln der gewünschten Verweilzeit angepasst werden. Die Änderung des Misch-Reib-Effektes ist in erster Linie erzielbar durch die Änderung der Drehzahlen der zugehörigen Mischwerkswellen, wobei diese Drehzahlen für jede einzelne Mischtrommel zweckmässigerweise individuell regelbar sind.
Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben.
Hierbei sind im Längsschnitt insgesamt sieben Mischtrommeln untereinander geschaltet, und die Regelungs-Einrichtungen für die Durchsatzmenge, für die Verweilzeit und für den Mischreibungseffekt sind an diesen einzelnen Mischtrommeln als Ausführungsbeispiele unterschiedlich ausgeführt.
Die sieben untereinander angeordneten Mischtrommeln sind mit Ziffer I-VII bezeichnet. Die Kunststoff-Rohmaterialien werden über den Einfülltrichter 1 der Mischtrommel I aufgegeben, unter Einschaltung einer Aufgabeschnecke 2, die mit einem Regelmotor 3 angetrieben wird. In dieser Mischtrommel ist eine Mischwerkswelle 4 gelagert, an der in üblicher Weise Mischwerkzeuge 21 an Mischwerksarmen 20 angebracht sind. Der Antrieb der Mischwerkswelle 4 erfolgt über einen Regelmotor 5. Am Auslaufende der Mischtrommel I ist eine Zwischenaufgabekammer 6 vorgesehen, an deren unterem Ende eine Aufgabeschnecke 7 gelagert ist, die wiederum über einen Regelmotor 8 angetrieben wird. Die Aufgabeschnecke 7 fördert somit das in der Mischtrommel I bearbeitete Gut in die Mischtrommel II.
In ähnlicher Weise gelangt das Mischgut von der Mischtrommel II zu der Mischtrommel III, von dort zur Mischtrommel IV, V und VI bis zur Mischtrommel VII, an deren Auslaufende 8a das fertig bearbeitete Gut die Mischtrommel in plastischem Zustande verlässt. In diesem Ausführungsbeispiel sind ausser der Mischwerkswelle 4 sämtliche weiteren Mischwerkswellen 9, 10, 11, 12 und 13, 30 mittels zugehörigen Regelmotoren 14, 15, 16, 17, 18 und 19 angetrieben.
In der Mischtrommel I erfolgt das intensive Mischen bzw. Vormischen der Kunststoff-Rohmaterialien. In dieser Trommel ist es - um den gewünschten Arbeitseffekt in besonders günstiger Weise zu erreichen - zweckmässig, die Mischwerkswelle 4 mit einer verhältnismässig hohen Umdrehungszahl - z. B. mit 3000 U./min - zu betreiben. Durch diese hohe Umdrehungszahl stellt sich in der Mischtrommel I eine Ringbildung der Kunststoff-Rohmaterialien an der Innentrommelwandung der Mischtrommel I ein, und die Mischwerksarme 20 mit ihren Mischwerkzeugen 21 werden durch diesen Materialring hindurchgetrieben. Das Material aus dieser Mischtrommel I wandert in die Zwischenaufgabekammer 6, und ; so- lange die Aufgabeschnecke 7 nicht in Tätigkeit tritt, staut sich das Material in dieser Zwischenaufgabekammer 6.
Damit ergibt sich automatisch eine Verstärkung der Ringbildung in der Mischtrommel I.
Mit dieser Ringverstärkung steigt unmittelbar auch die Leistungsaufnahme des Motors 5. Bei einer gewollten Leistungsaufnahme, die einer bestimmten Ringstärke entspricht, kann ein automatisches Einschalten des Motors 8 für die Aufgabeschnecke 7 vorgesehen werden. Weiterhin kann in der Folge dieser Regelmotor 8 so von der Leistungsaufnahme des Motors 5 gesteuert werden, dass er die Aufnahme aus der Trommel I steigert, wenn die Leistungsaufnahme des Motors einen bestimmten Wert übersteigt, bzw. vermindert, wenn dieser Wert nicht erreicht wird.
Zweckmässigerweise erfolgt die Zugabe des Weichmachers erst in der Trommel II über die Rohrleitung 22. Die Mischtrommel II dient somit der Weitermischung des Mischgutes und dem Untermischen des Weichmachers in das bereits in der Mischtrommel I vorhandene, vorbereitete Gut. Die Mischtung in Trommel I und Trommel II erfolgt in jedem Falle so intensiv, dass gleichzeitig eine laufende Erwärmung des Mischgutes erreicht wird. In der Mischtrommel II wird das Mischwerk über den Regelmotor 14 zweckmässigerweise etwas langsamer angetrieben, um für diesen Zustand übliche hohe Beanspruchungsspitze zu vermeiden.
Der Übergang des Mischgutes von der Mischtrommel II zur Trommel III erfolgt über eine Zwischenaufgabekammer 23 mit dazugehöriger Aufgabeschnecke 24, die über den Regelmotor 25 angetrieben wird. Sobald das Mischgut von der Mischtrommel II in die Mischtrommel III überführt ist, erfolgt in der Mischtrommel III eine weitere Aufheizung des Materials, und zwar bis zu einer Temperatur, die über der Verdampfungstemperatur aller Feuchtigkeitsbestandteile liegt, so dass diese ganz oder im wesentliw chen ausgetrieben werden können. Diese Temperaturen liegen, je nach Rezeptur und Kunststofftyp, zwischen 100 bis 130 Grad. Die Drehzahlregelung in der Mischtrommel III wird bei den meisten Mischgutansätzen gegenüber derjenigen in der Mischtrommel II schon wieder gesteigert werden können.
Mit Rücksicht auf die hohe Leistungsaufnahme noch nicht trockener Produkte sind aber die sonst möglichen maximalen Drehzahlen noch nicht anzuwenden.
Die Mischtrommel IV, in die das Gut alsdann von der Mischtrommel III überführt wird, hat in vorliegendem Ausführungsbeispiel die Aufgabe einer weiteren Aufheizung dieses Mischgutes bis kurz unterhalb der Plastifizierungstemperatur. In der Zeichnung ist in diesem Falle zur Regelung der Durchsatzmenge am Auslaufende der Mischtrommel III eine Staublende 26 vorgesehen, deren Auslass öffnung durch entsprechend nicht dargestellte Mittel verändert werden kann. Es kann auch an dieser Stelle eine Austauschbarkeit von Staublenden mit unterschiedlichen Öffnungsquerschnitten vorgesehen werden. In der gleichen Weise ist der Übergang von der Mischtrommel IV zu der Mischtrommel V mit Hilfe einer Zwischenaufgabekammer 27 vorgesehen.
Die Mischtrommel V dient dazu, den eigentlichen Plastifizierungsvorgang herbeizuführen. Je nach Rezeptur kann hier mit Drehzahlen der maximalen Grenze gefahren werden. Es ist dies sogar auch zu Lasten eines eventuell verstärkten Antriebes zu empfehlen, um das Agglomerieren der auf plastische Temperatur erhitzten PVC-Bestandteile zu begünstigen. Da die Fliessfähigkeit des Mischgutes nicht mehr besteht, sobald das Mischgut in einem plastischen Zustand überführt ist, können bei den Mischtrommeln V und den anschliessenden Mischtrommeln VI und VII die Aufgabeschnecken entfallen. Das plastifizierte Gut wandert vielmehr selbsttätig von der Mischtrommel V zu der Mischtrommel VI und von dort zu der Mischtrommel VII über die Auslauf öffnungen 28 und 29 in die letzte Mischtrommel VII.
Dieser Vorgang ist deshalb möglich, weil die Mischwerksdrehzahlen in der Mischtrommel VI und in der Mischtrommel VII jeweils niedriger liegen als in den vorhergehenden Kammern. Die Mischtrommel VI dient zum Nachkneten des bereits in der Mischtrommel V plastifizierten Gutes, um auf jeden Fall zu vermeiden, dass noch eventuelle Pulverbestandteile nicht in den plastifizierten Zustand überführt sind.
Die letzte Mischtrommel VII ist als Kühltrommel gedacht. Die Länge dieser Mischtrommel ist mit Rücksicht auf den durchzuführenden Kühleffekt entsprechend länger gehalten. Nach diesem Ausführungsbeispiel ist anzunehmen, dass die Aufbereitung der Kunststoff-Rohrmaterialien bis zur Erzielung eines plastifizierten Gutes vorangetrieben wird und durch anschliessende Abkühlung auf ein unregelmä ssiges Grobgranulat gebracht wird. Dieses kann in der üblichen Weise in Schnitzelmühlen zu einem Splittergranulat verarbeitet werden.
Sofern eine solche Einrichtung mit hintereinandergeschalteten Mischtrommeln dazu dienen soll, die Aufbereitung der Kunststoff-Materialien im Sinne des Dry-Blend-Verfahrens durchzuführen, kommen die nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel dargestellen und erörterten Plastifizierungstrommeln V und VI in Fortfall, und die dargestellte Trommel VII dient auch in diesem Falle als Kühltrommel. Sollen beide Arbeitsverfahren in ein und derselben Maschine vorgesehen sein, so können durch Verminderung der Misch-Reib-Beanspruchung auch die vordem für die Plastifizierung benötigten Kammern für das Dry-Blend-Verfahren mitbenutzt werden.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist für jede der einzelnen Mischtrommeln 1 bis 7 je ein gesonderter Regel antrieb für die Materialaufgabe jeder einzelnen Mischtrommel vorgesehen. Es ist auch möglich, für jede Materialaufgabe bzw. für den Antrieb der einzelnen Rührwerkswellen der Mischtrommel jeweils einen gemeinsamen Antrieb einzu bauen, wobei gegebenenfalls durch Austausch von Wechselrädern bzw. durch Einschalten von stufenlos regelbaren Zwischenbetrieben die Anpassung der Materialaufgabe sowie die Anpassung der Drehzahl des Antriebs der Mischwerkswellen an die jeweiligen Betriebsbedürfnisse vorgenommen werden kann. Die Mischtrommeln nach den Ausführungsbeispielen sind waagrecht gelagert.
Auch eine senkrechte Zuordnung der Mischtrommeln zueinander bzw. eine Schräganordnung dieser Mischtrommeln zueinander kann für bestimmte Anwendungsfälle von Vorteil sein.