DE10121034B4 - Vorrichtung zum kontinuierlichen Dosieren von Schnipsel und Fasermaterial - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zum kontinuierlichen Dosieren von Textil- und Folienschnipseln sowie Fasermaterialien mit mäßiger bis schlechter Rieselfähigkeit für die Verarbeitung im Extruder zu thermoplastischen Kunststoffen oder zu faserverstärkten Compounds, umfassend:
• einen Vorratsbehälter (1) für Fasern oder Schnipsel;
• zwei im unteren Teil des Vorratsbehälters (1) angeordnete, parallel nebeneinander liegende, gegenläufig drehende, einen Dosierspalt bildende Dosierwalzen (5), deren Walzenkörper mit im Dosierspalt ineinander greifenden Stiften versehen sind;
• zwei oberhalb der Dosierwalzen (5) angeordnete, parallel nebeneinander liegende, gegenläufig drehende und ineinander greifende Horizontalrührer (2.1; 2.2)
• zwei unterhalb der Dosierwalzen (5) angeordnete sich gegenüber liegende, feststehende Abstreifvorrichtungen (7)
• eine gravimetrische Wägeeinrichtung, welche die Drehzahl der Dosierwalzen (5) steuert.

Description

• Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Dosierung von Schnipseln und Fasermaterial mit mäßiger bis schlechter Rieselfähigkeit für die Verarbei tung von thermoplastischen Kunststoffen und faserverstärkten Compounds mittels Extruder.
• Die Dosierung von Schnipseln und Fasermaterial mit mäßiger bis schlechter Rieselfähigkeit aus einem Vorratsbehälter erfordert eine Dosiervorrichtung mit zwangsgerichteter Förderung, bei der die Parameter wie Kompaktierung, mechanische Förderdrücke, Förderwege und die Abhängigkeit der Dosierelemente von der Rieselfähigkeit des Fasermaterials auf ein Minimum begrenzt werden. Diese Einflußparameter und die Materialbeschaffenheit wie beispielsweise Faser- bzw. Schnipselgeometrie, Oberflächenbeschaffenheit und Schüttdichte beeinflussen die Eigenschaften der Rieselfähigkeit sowie Knäuel- und Brückenbildung des Materials. Besonders bei schlechter Rieselfähigkeit und hoher Neigung zur Knäuel- und Brückenbildung des Material ist eine kontinuierliche Dosierung aus einem Vorratsbehälter problematisch.
• Der derzeitige Stand der Technik ist, dass leichte Materialien mit schlechter Rieselfähigkeit mittels verschiedener Bauarten von Stopfwerken in einen Extruder aufgegeben werden können. Mittels Drehzahl kann die aufzugebende Menge variiert werden, wobei der Massenstrom pro Zeiteinheit von Aufmachungsform, Rieselverhalten und Dichte abhängig ist ( DE 180922A ). Hierbei ist eine direkte kontinuierliche gravimetrische Steuerung der Zugabe von Fasern in den Extruder nicht möglich, was besonders bei der Compoundierung zu Rezepturschwankungen führen kann. Die kontinuierliche Dosierung von faserförmigen Materialien ist mit Vibrationseinchtungen in verschiedenen Ausführungen möglich ( DE 4116327 A1 , DE 3813109 C1 , DE 3800565 C2 , DE 4214030 A1 , DE 1481340 A , hierbei ist der kontinuierliche Betrieb solcher Vibrationseinrichtungen nur bei rieselfähigen Fasern mit Schüttgewichte größer 0,4 kg/h möglich. Bei leichten Fasern mit großem Schlankheitsgrad, welche zur Brückenbildung neigen, ist die Entnahme aus Vorratsbehälter problematisch. Teilweise müssen zusätzliche mechanische Elemente zur Dosierung verwendet werden.
• Zur gesteuerten gravimetrischen Dosierung der faserförmigen Materialien ist aber zusätzlich eine Wägeeinrichtungb ei den Förderbändern erforderlich. In dem Patent DE 3041671 A1 werden die Fasern von einem Förderband über eine Wägeplatte geführt und dabei das momentane Gewicht kontinuierlich gemessen. Das Meßsignal von der Wägeplatte steuert die Transportgeschwindigkeit der Fasern auf ein Förderband. Hierbei ist eine Mindestlänge (ca. 15 mm Faserlänge) der Fasern erforderlich, um die Fasern als losen Faserverbund von der Wägeplatte abzuziehen. Bekannt aus DE 34 20 643 C2 ist eine Dosiervorrichtung mit einem drehbaren Dosierrad als Abzugseinrichtung am unteren Ende des Vorratsbehälters, mittels der dosierte Fasern und ähnliche Stoffe in eine Verarbeitungsmaschine aufgegeben werden.
• Das Patent DE 19822051 C1 (Bayer, Koine-Dosiervorrichtung für Kurzschnittfasern), dosiert Fasern durch eine mit Stiften besetzte rotierende Walze (Stiftwalze) aus dem Vorratsbehälter. Die Dosierung mit einer Stiftwalze, die die Fasern zwischen den Stiften und der Behälterwand einseitig fördert und mit einem Abstreifelement (Kamm) die verbliebenen Fasern von der Stiftwalze entfernt, ist unter produktionstechnischen Bedingungen mit einigen Nachteilen verbunden.
• Die Materialförderung erfolgt immer einseitig zwischen der feststehenden Behälterwandung und dem rotierenden Rührer bzw. Stiftwalze, welche immer mit einem Schergefälle verbunden ist und sich negativ auf die Dosierqualität auswirkt.
• Es wurde festgestellt, dass die seitliche Umlenkung des Förderstroms zwischen Rührer und Stiftwalze die Materialübergabe erschwert und bewirkt eine einseitige Materialver dichtung im Totraum zwischen Rührer, Stiftwalze und Behälterwandung, was besonders bei langen Fasern zum Erliegen der Dosiertätigkeit führen kann. Die Ursache ist die einseitige Förderung zwischen feststehender Behälterwandung und beweglichen Förderelementen (Rührer, Dosierwalze) mit seitlicher Umlenkung, welches einen indirekten Materialstrom bewirkt, der dem Dosierstrom entgegen wirkt.
• Der Materialabwurf bei Fasermaterial mit hohem Zusammenhalt (z.B. Flachsfasern 10 mm mittlere Schnittlänge) erfolgt bei eine Stiftwalze ungleichmäßig in länglichen streifenförmigen Agglomeraten, da eine Stiftwalze das Material nicht öffnet. Diese Agglomerate stellen eine potentiale Verstopfungsgefahr für Ausgabetrichter und Rohrleitungen dar und fördern die Brückenbildung bei der Materialaufgabe in die Maschine.
• Das einseitige Ausblasen des Materials aus den Stiftreihen mittels Preßluft aus der Abstreifvorrichtung kann einen Faserverlust bewirken, welches besonders bei leichten losen Kurzfasern mit geringer Schnittlänge und Titer auftritt. Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Dosierung von Schnipseln und Fasermaterial, insbesondere Kurzschnittfasern, mit mäßiger bis schlechter Rieselfähigkeit aus einem Vorratsbehälter in einen Extruder zwecks Einschmelzen bzw. Compoundieren von thermoplastischen Kunststoffen zu entwickeln.
• Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung speziell für die Dosierung von Schnipseln und Fasermaterial mit einer mäßigen bis schlechten Rieselfähigkeit auszulegen.
• Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
• Die Vorrichtung dosiert Folien- und Textilschnipsel sowie Fasermaterialien (Synthesefasern aus PA, PP, PET u.a. sowie Celluloseregenerat- und Naturfasern) mit einer Faserlänge von 1 – 15 mm aus einem Vorratsbehälter für die Herstellung thermoplastischer Kunststoffe und faserverstärkter Compounds in einem Extruder.
• Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich vom herkömmlichen bekannten Schneckendosiersystem bzw. Stiftwalzendosierung dadurch, dass die Materialien durch parallel liegende ineinander greifende gegenläufige Doppelstiftwalzen mit darüber befindlichen parallel liegenden gegenläufig ineinander greifenden Horiziontalrührern aus dem Vorratsbehälter mittig zwangsweise abgefördert werden. Die Stifte sind auf den beiden Walzenkörpern in Rotationsrichtung in Reihe versetzt angeordnet. Die Dosierung mit Doppelstiftwalzen hat den Vorteil, dass die Materialien von einem vertikalen Materialstrom behältermittig aus dem Vorratsbehälter abgezogen und zwischen den Doppelstiftwalzen der Materialfluß definiert zerteilt wird. Unterhalb der Doppelstiftwalzen erfolgt eine verfahrenstechnisch günstige mittige Materialabgabe, welche durch zwei gegenüberliegende Abstreifelemente unterstützt wird. (Bei der Doppelstift-Walzendosierung ist ein vollständiges Entfernen der Materialien im Gegensatz zur Verwendung eines Dosierbandes nach Patent DE 3713588 C2 nicht notwendig, da die Doppelstiftwalzen sich innerhalb des Vorratsbehälters befinden.) Weiterhin können die einzelnen Walzen der Doppelstiftwalzendosierung mit unterschiedlichen, aber proportionalen Drehzahlen arbeiten, um eine definierte Auflösung des Materialstroms (besonders bei stark zusammenhaftenden Naturfasern) zu ermöglichen und eine Brückenbildung durch Agglomerate in nachfolgenden Prozessschritten zu minimieren. Hierbei gilt die Tendenz, dass mit zunehmendem Zusammenhalt der Materialien ein größerer Drehzahlunterschied zwischen den beiden Stiftwalzen den Materialfluß zerteilt. (Die Doppelstiftwalzen mit einen darüberliegenden ineinandergreifenden gegenläufigen Rührsystem ermöglicht einen kontinuierlichen vertikalen kürzeren Förderweg des Materials und unterscheidet sich hierbei von DE 19822051 C1 , bei dem eine seitliche Umlenkung des Materialstromes von Rührer zur Stiftwalze mit gegenströmiger Materialübergabe erfolgt.) Die Dimensionierung der Stifte auf der Stiftwalze und der Dosierspalt zwischen den Doppelstiftwalzen ist abhängig vom dem zu dosierenden Material. Allgemein gibt es die Tendenz, dass mit abnehmenden Schlankheitsgrad der Fasern die Stiftlänge und Abstände zwischen den Stiften sowie der Dosierspalt zwischen den Doppelstiftwalzen verringert werden müssen.
• Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches gelöst, in dem sich in einen Vorratsbehälter 1, Zeichnung 1, zwei parallelliegende gegenläufige Rührelemente 2.1 und 2.2 befinden, welche synchron oder proportional angetrieben werden. Die Radien der Rührelemente 2.1 und 2.2 sind überlappend, so dass die Flügel der Rührelemente 2.1 und 2.2 über die Breite so verteilt werden; das eine Berührung der Flügel ausgeschlossen ist und eine ständige Auflockerung des Materials auch zwischen den Rührerflügeln erfolgt. Das Rührwerk 2.1 und 2.2 besitzt die Funktion die Brückenbildung des Materials im Vorratsbehälter 1 zu vermeiden und das Material direkt vertikal den beiden darunterligenden Dosierwalzen 5 zuzuführen. Um Toträume oder Bereiche, in denen das Material eine größere Verweilzeit besitzt, zu vermeiden, werden Einbauten in den Vorratsbehälter eingesetzt. Die Einbauten 3 und 4 besitzen die Funktionen, den Totraum zu schließen und ein unkontrolliertes Abrieseln, besonders von Fasern mit kurzer Faserlänge und großem Titer, zu vermeiden.
• Die Drehzahlen des Rührwerkes 2.1 und 2.2 und der Dosierwalzen 5 sind aufeinander abgestimmt und verkoppelt. Die drehzahlgesteuerten Stiftwalzen 5 übernehmen als Doppelstiftwalzendosierelement das Material vom Rührer 2.1 und 2.2 und transportieren es mittig vertikal durch die gegenläufige Drehbewegung der beiden Stiftwalzen 5 zur Öffnung des Vorratsbehälters 1.
• Der Zwangstransport der Materialien erfolgt einerseits durch das Eindrücken des Materials mittels der gegenläufigen Rührer 2.1 und 2.2 in die Stiftzwischenräume und andererseits durch ein zwangsgerichtetes mittiges Abfräsen des Materials durch die beiden Stiftwalzen 5 aus dem Vorratsbehälter. Unterhalb der Stiftwalze erfolgt das Auskämmen des Materials, welches nicht selbständig von dem Doppelwalzendosierelement 5 abrieselt, durch zwei gegenüberliegend feststehende Abstreifelemente 7 aus den Zwischenräumen der Stiftreihen. Durch eine Drehzahldifferenz der beiden Stiftwalzen 5 können Materialien mit hohem Zusammenhalt im Verbund zerteilt werden.
• Desweiteren ist bei verhakendem, schlecht rieselfähigem Material von Vorteil, dass zusätzlich das Abstreifen des Materials mit Unterstützung eines Luftstromes aus beiden Abstreifelementen 7 unterstützt wird. Hierbei ist der Luftstrom aus beiden Abstreifelementen 7 so einzustellen, das die beiden Luftströme leicht zur unteren Öffnung des Vorratsbehälters 1 mittig zusammentreffen. Die Zinken 7.1 der Abstreifelemente 7 sollten hierbei ein Hohlprofil zur Luftdurchleitung besitzen. Der Luftstrom aus den Düsen ist durch Ventil 8 auf das zu dosierende faserförmige Material einstellbar.
• Zur Vermeidung eines unkontrollierten Materialfluges (besonders bei Naturfasern) an der unteren Öffnung des Vorratsbehälters ist ein Siebgewebe zwischen Behälter und Fall- bzw. Aufgabeschacht 9 angebracht. Hierbei besitzt das Siebgewebe nur die Funktion der Vermeidung des Materialfluges, so dass kein fester Verbund zwischen Vorratsbehälter und Aufgabeschacht 9 vorhanden ist, der eine Störung des Differentialwägesystems darstellt. Nach dem Abstreifen der Fasern fallen diese in einen Fallschacht 10, der die Fasern zu der jeweiligen Extruder- oder Compoundieranlage transportiert.
• Die beschriebene Vorrichtung zur kontinuierlichen Dosierung von Fasern befindet sich auf einer Differentialwaage, welche die Gewichtsabnahme pro Zeiteinheit erfasst. Durch eine Kopplung der Differentialwaage mit dem Antrieb der Dosiervorrichtung erfolgt die elektronische Steuerung der Dosieraktivität der Stiftwalze 5 mittels Drehzahl, so dass die eingestellte erforderliche Menge pro Zeiteinheit weitgehend durch die Drehzahlsteuerung der Doppelstiftwalzendosierung konstant gehalten wird.
• Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Die 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung in unterschiedlichen Ansichten.
• Auf einer Anlage werden mit der beschriebenen Vorrichtung nach Zeichnung 1 geschnittene Naturfasern auf einem Gleichdrall-Doppelschneckenextruder mit Schneckendurchmesser von 25 mm dosiert. Für diese Faserdosierung wurden geschnittene Naturfasern (Flachs) mit einer mittleren Faserlänge von 6 mm verwendet. Zur Vermeidung von Faserbrücken im Vorratsbehälter 1 und der kontinuierlichen Aufbereitung des Fasermaterials sind zwei parallel liegende ineinander greifende gegenläufige Horiziontalrührer 2.1 und 2.2 eingesetzt. Die Einbauten 3 und 4 besitzen die Funktion den Totraum zu schließen und ein unkontrolliertes Abrieseln zu vermeiden. Die angepaßten Doppelstiftdosierwalzen 5 zu der beschriebenen Faserform besitzen als Grundkörper je einen Durchmesser von 70 mm und sind 128 mm breit. Die Stifte 6 der Walzen haben einen Durchmesser von 8 mm mit einer Länge von 20 mm und sind an den Enden verrundet. Das Gehäuse des Vorratsbehälters 1 besitzt im Stiftwalzenbereich die Innenmaße von 130 mm·206 mm. Auf einer Stiftwalze 5 sind 5 Reihen bzw. auf der anderen Stiftwalze 4 Reihen mit jeweils 9 Stiften in Rotationsrichtung versetzt angeordnet. Die Stiftwalze 5 mit 4 Stiftreihen besitzt eine um ca. 15% höhere Drehzahl, die durch eine Übersetzung von der 5-reihigen Stiftwalze angetrieben wird. Der Reihenabstand zwischen den Stiften 6 beträgt ca. 18 mm. Das Abstreifen der Fasern aus den Zwischenräumen der Stiftreihen wird durch die Abstreifvorrichtung 7 mit 3 Zinken (bei 4 Stiftreihen) bzw. 4 Zinken (bei 5 Stiftreihen) ermöglicht, welche zusätzlich mit einstellbarer Preßluft 8 unterstützt werden kann. Der Durchmesser der Zinken 7.1 der Abstreifvorrichtung beträgt 8 mm und ragt ca. 2/3 in die Stiftreihen hinein.
• Bei einem eingestellten Massenstrom von 10 kg/h Fasern erfolgt die Dosierung bei einer mittleren Drehzahl von ca. 60 ¹/min.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum kontinuierlichen Dosieren von Textil- und Folienschnipseln sowie Fasermaterialien mit mäßiger bis schlechter Rieselfähigkeit für die Verarbeitung im Extruder zu thermoplastischen Kunststoffen oder zu faserverstärkten Compounds, umfassend: • einen Vorratsbehälter (1) für Fasern oder Schnipsel; • zwei im unteren Teil des Vorratsbehälters (1) angeordnete, parallel nebeneinander liegende, gegenläufig drehende, einen Dosierspalt bildende Dosierwalzen (5), deren Walzenkörper mit im Dosierspalt ineinander greifenden Stiften versehen sind; • zwei oberhalb der Dosierwalzen (5) angeordnete, parallel nebeneinander liegende, gegenläufig drehende und ineinander greifende Horizontalrührer (2.1; 2.2) • zwei unterhalb der Dosierwalzen (5) angeordnete sich gegenüber liegende, feststehende Abstreifvorrichtungen (7) • eine gravimetrische Wägeeinrichtung, welche die Drehzahl der Dosierwalzen (5) steuert.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dosierspalt zwischen den beiden gegenläufig mit gleicher oder proportionaler Drehzahl getriebenen Dosierwalzen (5) mittels Verändern von Walzenachsabstand oder Durchmesser der Walzen auf das zu dosierende Material einstellbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stiftreihen der beiden Dosierwalzen (5) ineinander greifen und in Reihe zueinander versetzt angeordnet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Abstreifvorrichtungen (7) über Zinken verfügen, die gegenüberliegend angeordnet in die Zwischenräume der Stiftreihen der Dosierwalzen (5) eingreifen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zinken der zwei Abstreifvorrichtungen (7) mit Pressluft (8) beaufschlagt sind, wobei die Pressluft gegeneinander zur Dosierspaltmitte gerichtet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Horizontal-Rührwerken (2.1 und 2.2) und den Dosierwalzen (5) an der Innenwand des Vorratsbehälters (1) gegenüberliegend Funktionseinbauten (3 und 4) als Leiteinrichtung für Schnipsel oder Fasern angebracht sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Dosiervorrichtung auf einer Differentialwaage steht, welche über die laufend erfasste Gewichtsabnahme pro Zeiteinheit die Drehzahl der Dosierwalzen (5) steuert.