CH417926A

CH417926A - Verfahren zum Verdichten und Agglomerieren von pulverförmigen bis körnigen thermoplastischen Materialien und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: CH417926A
Application number: CH638363A
Authority: CH
Inventors: Beck Erich
Original assignee: Beck Erich
Priority date: 1962-06-07
Filing date: 1963-05-21
Publication date: 1966-07-31
Also published as: DE1454743B2; AT264809B; US3278661A; GB966370A; DE1454743A1; SE306612B

Description

Verfahren zum Verdichten und Agglomerieren von pulverförmigen bis körnigen thermoplastischen Materialien und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
Es sind eine Reihe von Verfahren bekannt, bei denen das pulverförmige Material unter hoher Geschwindigkeit gemischt wird und ohne Druckbeanspruchung nur durch Zuführung von Energie durch die Mischwerkzeuge erhitzt und agglomeriert wird.

Die hierzu verwendeten Maschinen arbeiten mit Maximalgeschwindigkeiten von ca. 60 m/sec. Die Agglomerierung in solchen Maschinen geschieht nach Erreichung einer nahe dem Schmelzpunkt oder im Erweichungsbereich liegenden Temperatur durch Zusammenklumpung unter Ausnützung der Schlagwirkung der mit hoher Geschwindigkeit umlaufenden Werkzeuge.

Diese Konstruktionen haben den Nachteil, dass infolge der Abhängigkeit der Agglomerierfähigkeit von der Gesamttemperatur der Füllung die Verweilzeit unter hoher Temperatur verhältnismässig lange ist und da es zur Verhinderung der Klumpenbildung eine weitere Vorwärmung des Materials unter gleichzeitiger Kühlung notwendig ist. Dazu benötigt man ein nachgeschaltetes Gerät.

Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, obige Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mittels denen pulverförmige bis körnige thermoplastische Materialien, die ein verhältnismässig geringes Schüttgewicht haben können, auf einfache Weise verdichtet und agglomeriert werden können.

Demgemäss ist Gegenstand der Erfindung
I. ein Verfahren zum Verdichten und Agglomerieren von pulverförmigem bis körnigem Material, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man das Material in einem Behälter in Umlauf versetzt und teilweise durch ein in der Materialfüllung angeordnetes Verdichtungs- und Erwärmungsorgan führt, wobei es unter Druck gesetzt wird und in angesinterten bis plastischen Zustand übergeht und dass man durch den restlichen, an dem Verdichtungs- und Erwärmungsorgan vorbeiströmenden Teilstrom fortwährend den aus dem Verdichtungs- und Erwärmungsorgan austretenden Anteil wieder in Umlauf bringt bis die ganze Füllung agglomeriert ist;

sowie
II. eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie einen Behälter aufweist, in dem eine Materialumwälzeinrichtung und ein Verdichtungs- und Erwärmungsorgan vorgesehen ist, derart, dass ein Teilstrom des Materials ständig durch das Verdichtungs- und Erwärmungsorgan strömt.

Mittels des vorliegenden Verfahrens verdichtet man pulverförmige bis körnige, thermoplastische Mischungen, deren Schüttgewichte verhältnismässig gering sein können, indem man die Materialien durch Zuführung mechanischer Energie erwärmt und granuliert, wobei die bei der Verdichtung und Erwärmung auftretende Temperatur zweckmässig nur sehr kurzzeitig ansteigt und das Verdichtungsorgan in der Füllung des zu agglomerierenden Materials angeordnet ist. Das zu agglomerierende Material wird fortwährend in Umlauf gehalten und umspült das druckerzeugende Organ.

Durch das Verdichtungs- und Erwärmungsorgan wird zweckmässig ein Druck auf den beispielsweise frei rieselnden oder fluidisierten Materialstrom ausgeübt. Dadurch, dass der Materialstrom das Verdichtungs- und Erwärmungsorgan fortlaufend umspült, kann der Teilstrom, der das Verdichtungsund Erwärmungsorgan durchströmt, unmittelbar vor diesem mit der Temperatur des Gesamtstromes entnommen werden. Nach dem Verlassen des Organes wird der Teilstrom wieder vom Gesamtstrom aufgenommen und kann sich dessen Temperatur wieder anpassen. Die Temperatur des Gesamtstromes kann durch Kühlung mit üblichen Mitteln auf der erwünschten Höhe gehalten werden.

Versuche haben gezeigt, dass man bei verhältnismässig niedriger Temperatur stark verdichtete und anplastifizierte Agglomerate herstellen kann, wobei auch nach Stillsetzen der Vorrichtung ein genügend kühles, für die Weiterbehandlung fertiges Produkt entsteht.

Im Verdichtungs- und Erwärmungsorgan wird das Material zweckmässig einem kurzzeitigen, schlagartigen Druck ausgesetzt, wobei örtlich Wärme erzeugt wird. Diese gleichzeitige Einwirkung von Druck und Wärme führt zur Bildung von Agglomeraten.

Die das Verdichtungs- und Erwärmungsorgan mit höheren Temperaturen verlassenden, verdichteten Anteile werden unmittelbar nach Verlassen des Druckorganes in den Gesamtstrom eingemischt und können dort unter Absinken der Temperatur die mittlere Temperatur des Gesamtstromes wieder annehmen.

Dieser Vorgang wiederholt sich solange, bis der gesamte Inhalt des Mischbehälters genügend verdichtet und agglomeriert ist. Dabei kann gleichzeitig die gesamte Füllung fortwährend gekühlt werden.

Hiermit wird erreicht, dass eine zur thermischen Schädigung führende Temperatur in der gesamten Füllung nicht erzeugt werden kann. Eine zur Bildung der Agglomeration erforderliche, dem Schmelzpunkt entsprechende Temperatur wird somit nur jeweils beim Durchgang durch das Verdichtungs- und Erwärmungsorgan vorzugsweise über kleine Bruchteile von Sekunden erzeugt.

Beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes werden an Hand der Fig. 1-4 näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zum Verdichten und Agglomerieren von pulverförmigem bis körnigem Material. Die Vorrichtung weist einen Behälter 1 auf, der mittels eines Deckels 2 verschlossen ist.

Im Behälter 1 ist ein Rührwerk 3 angeordnet, das von aussen über eine Welle 4 von einem Motor 5 angetrieben werden kann. Das Rührwerk 3 ist so ausgebildet, dass es ein im Behälter befindliches Material entsprechend den gestrichelten Linien 6, 6a in Umlauf versetzen kann.

In dem Behälter ist weiter ein Verdichtungsund Erwärmungsorgan 7 vorgesehen, das zwei Teile 8 und 9 aufweist, die so ausgebildet und angeordnet sind, dass durch sie ein sich verjüngender rotationssymmetrischer Spalt 10 gebildet wird. Ein Teil 8 des Organs ist mit dem Rührwerk 3 verbunden und läuft somit mit diesem um, während der andere Teil 9 feststeht. Der Spalt 10 zwischen den beiden Teilen 8 und 9 ist zweckmässig einstellbar, was im vorliegenden Beispiel dadurch erreicht wird, dass der Teil 9 über ein Gestänge 11 von aussen eingestellt werden kann. Die Ausbildung und Anordnung von Rührwerk 3 und Verdichtungs- und Erwärmungsorgan 7 ist nun so getroffen, dass das Verdichtungsorgan im Materialumlauf liegt und fortlaufend von einem Teilstrom 6a durchströmt wird.

Das Material des Teilstromes 6a wird im Verdichtungsorgan verdichtet und wird dann wieder von dem Materialumlauf der Teilströme 6 erfasst und mit diesem vermischt.

Durch das Rührwerk 3 wird das umlaufende Material ständig durchmischt, so dass der Teilstrom 6a bei jedem Umlauf eine andere Zusammensetzung aufweist. Der Materialumlauf wird solange fortgesetzt, bis alle Materialteilchen agglomeriert sind.

Teil 8 und/oder Teil 9 können an den einander zugewandten Flächen mit spiraligen oder radialen Riefen 12a oder 12b versehen sein, wie dies in den Fig. 2a und 2b dargestellt ist.

An dem umlaufenden Teil 8 oder am stehenden Teil 9 des Verdichtungsorganes können Messer 13 angeordnet sein, um die austretenden, verdichteten Agglomerate zu durchschneiden.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Verdichten und Agglomerieren, bei dem das Verdichtungs. und Erwärmungsorgan 7 unabhängig vom Rührwerk 3 ausgebildet und angetrieben wird. Der Aufbau und die Wirkungsweise dieser Vorrichtung entspricht derjenigen nach Fig. 1 mit dem Unterschied, dass in diesem Falle die Geschwindigkeiten für das Rührwerk 3 sowie für das Verdichtungs- und Erwärmungsorgan 7 jeweils optimal gewählt werden können.

Das Rührwerk 3 wird über eine Welle 14 von einem Motor 15 angetrieben, der vorzugsweise stufenlos regelbar sein kann. Der rotierende Teil 8 des Verdichtungs- und Erwärmungsorgans 7 wird über eine Welle 16 von einem vorzugsweise ebenfalls stufenlos regelbaren Motor 17 angetrieben, während der feststehende Teil 9 wiederum über ein Gestänge 11 in seinem Abstand zum bewegten Teil 8 einstellbar ist.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. In diesem Falle besteht das Verdichtungs- und Erwärmungsorgan 7 aus einer Schnecke 18 und einem diese umgebenden und mit dieser zusammenwirkenden Zylinder 19. Der Zylinder 19 ist mit dem von unten über eine Welle 20 von einem Motor 21 angetriebenen Rührwerk 3 verbunden. Die Schnecke 18 wird ebenfalls mittels einer Welle 22 von einem Motor 23 getrieben. Die Antriebe 21 und/oder 23 können stufenlos regelbar sein.

Die Lage der Schnecke 18 kann gegenüber dem Zylinder zum Zwecke der Einstellung eines entsprechenden Gegendruckes in Richtung b mit üblichen Mitteln verändert werden. Die Förderung und Verdichtung durch die Schnecke 18 erfolgt durch Wahl einer geeigneten Differenzgeschwindigkeit zwischen Schnecke 18 und Zylinder 19.

Claims

PATENTANSPRUCH 1 Verfahren zum Verdichten und Agglomerieren von pulverförmigem bis körnigem Material, dadurch gekennzeichnet, dass man das Material in einem Behälter in Umlauf versetzt und teilweise durch ein in der Materialfüllung angeordnetes Verdichtungs- und Erwärmungsorgan führt, wobei es unter Druck gesetzt wird und in angesinterten bis plastischen Zustand übergeht, und dass man durch den restlichen, an dem Verdichtungs- und Erwärmungsorgan vorbeiströmenden Teilstrom fortwährend den aus dem Verdichtungs- und Erwärmungsorgan austretenden Anteil wieder in Umlauf bringt bis die ganze Füllung agglomeriert ist.

UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man den Behälter von aussen kühlt und dadurch die Temperatur der umlaufenden Materialmenge unabhängig von der in dem Verdichtungs- oder Erwärmungsorgan entstehenden Wärme regelt.

2. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man den durch das Verdichtungs- und Erwärmungsorgan strömenden Teilstrom in letzterem einer zusätzlichen kurzzeitigen in der Stärke einstellbaren Komprimierung mit unmittelbar nachfolgender Entspannung unterwirft.

3. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man die sich im Verdichtungsund Erwärmungsorgan ausbildenden Agglomerate unmittelbar am Austritt aus dem Verdichtungs- und Erwärmungsorgan abtrennt.

PATENTANSPRUCH II Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Behälter aufweist in dem eine Materialumwälzeinrichtung und ein Verdichtungs- und Erwärmungsorgan vorgesehen ist, derart, dass ein Teilstrom des Materials ständig durch das Verdichtungs- und Erwärmungsorgan strömt.

UNTERANSPRÜCHE 4. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichtungs- und Erwärmungsorgan zwei in ihrem gegenseitigen Abstand verstellbare, einen sich verjüngenden rotationssymmetrischen Spalt bildende Teile aufweist.

5. Vorrichtung nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil oder beide auf der den Spalt bildenden Fläche mit radialen oder spiraligen Riefen versehen ist.

6. Vorrichtung nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil drehbar ist und der andere Teil in seinem Abstand zum umlaufenden Element einstellbar ist.

7. Vorrichtung nach Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Materialumwälzeinrichtung ein Rührwerk aufweist, an dem der umlaufende Teil befestigt ist.

8. Vorrichtung nach Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass am umlaufenden oder am stehenden Teil an der Austrittsseite des Spaltes Messer angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass als Verdichtungsorgan eine in der Gutfüllung im Behälter angeordnete von oben angetriebene Presschnecke vorgesehen ist, und dass ein ebenfalls in der Gutfüllung angeordneter und mit dem Rührwerk verbundener Zylinder vorgesehen ist, wobei die Presschnecke und der Zylinder zusammenwirken und in ihrem axialen Abstand voneinander einstellbar und derart ausgebildet sind, dass sie mit einer unabhängig von der Rührgeschwindigkeit einstellbaren Differenzgeschwindigkeit in der Gutfüllung das umlaufende Material erwärmen und verdichten können.