DE102004041689A1 - Vorrichtung zur Herstellung von Spritzgussteilen - Google Patents

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Abstract

Eine Vorrichtung zur Herstellung von Spritzgussteilen, insbesondere PET-Preforms, mit einem Extruder (1) zur Aufbereitung und/oder Plastifizierung von vorzugsweise in Granulatform befindlichem Material, mit einem Transferspeicher (2) zur Aufnahme von aufbereitetem und/oder plastifiziertem Material und mit einem Kolbenaggregat (3) zum Weiterverarbeiten des Materials ist im Hinblick auf das Ermöglichen einer energiesparenden, platzsparenden sowie universell einsetzbaren Produktion von Spritzgussteilen derart ausgestaltet, dass der Extruder (1) als Doppelschneckenextruder (4) ausgestaltet ist und dass mindestens zwei Prozesszonen (6, 8) als Entgasungszonen ausgestaltet sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Spritzgussteilen, insbesondere PET-Preforms, mit einem Extruder zur Aufbereitung und/oder Plastifizierung von vorzugsweise in Granulatform befindlichem Material, mit einem Transferspeicher zur Aufnahme von aufbereitetem und/oder plastifiziertem Material und mit einem Kolbenaggregat zum Weiterverarbeiten des Materials, wobei der Extruder mindestens zwei Prozesszonen aufweist.
  • Vorrichtungen zur Herstellung von Spritzgussteilen, insbesondere PET-Preforms, sind in der Praxis seit längerem bekannt. Hierbei wird ein Extruder zur Aufbereitung und/oder Plastifizierung von vorzugsweise in Granulatform befindlichem Material eingesetzt, wobei ein Transferspeicher zur Aufnahme von aufbereitetem und/oder plastifiziertem Material verwendet wird und wobei ein Kolbenaggregat zum Weiterverarbeiten des Materials vorgesehen ist. Bei der Herstellung von PET-Preforms im Spritzgießverfahren werden im Allgemeinen Einschneckenextruder zum Plastifizieren von Materialen, insbesondere von Kunststoffgranulaten, eingesetzt. Das plastifizierte Material wird zur Weiterverarbeitung mit einem Kolbenaggregat – Shot-Pot – verspritzt oder direkt mit einer axial verschiebbaren Schnecke eingespritzt. Da PET hygroskopisch ist und gebundene Feuchtigkeit hydrolytischen Polymerkettenabbau verursacht, wird das Material, insbesondere wenn es in Granulatform vorliegt, aufwendigst vorgetrocknet.
  • Bei der Vortrocknung wird elektrisch oder mit Gasbrennern erwärmte Luft in einem großvolumigen, isolierten Vorratsbehälter eingebracht. Dabei wird das Material entfeuchtet und erfährt eine Temperaturerhöhung. Bei dieser Einschneckenplastifizierung mit Vortrocknung ist der Energiebedarf gegenüber der Temperaturerhöhung des Materials deutlich erhöht, in der Regel 0,55 kWh/kg. Darüber hinaus benötigen die Trocknungsanlagen erheblichen Bauraum, der zu einer beträchtlichen Vergrößerung der Vorrichtung zur Herstellung von Spritzgussteilen in vertikaler Richtung führt. Lediglich beispielhaft wird auf die EP 0 538 286 B1 verwiesen.
  • Ferner ist es bekannt, das Material, insbesondere PET-Granulat und Recyclat mit einem unterfütterten Doppelschneckenextruder ungetrocknet bei Anwendung geeigneter Verfahrensteile und einer geeigneten Vakuumextraktion zu Folien und Fasern zu verarbeiten. Eine solche Methode der Plastifizierung ohne Vortrocknung kann allerdings in bestimmten Gebieten, wie beispielsweise PET-Preforms, nicht angewendet werden, da Bedenken bezüglich des hydrolytischen Abbaus und der möglichen Erhöhung des Acetaldehyd-Gehalts – AA-Gehalts – in der Schmelze bestehen. Ein niedriger AA-Gehalt ist jedoch ein wichtiges Leistungsmerkmal von Preform-Anlagen, da die überwiegende Mehrzahl der produzierten Preforms zur Abfüllung von Wasser und CSDs – Carbonated Soft Drinks – eingesetzt wird. Ein hoher AA-Gehalt wirkt sich dabei störend auf den Geschmack der Getränken aus.
  • Ferner ist bei der Verwendung eines Doppelschneckenextruders zur Herstellung von PET-Preforms problematisch, dass die Synchronisation des zyklischen Betriebs einer Spritzgießmaschine und des stetig laufenden Doppelschneckenextruders. Bereits beim Einsatz von Doppelschneckencompoundern im integrierten Injection-Compounder ist erkennbar, dass die Verbindung dieser Maschinen eine Vorratsvorrichtung zwischen Extruder und Shot-Pot erforderlich macht.
    •
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Herstellung von Spritzgussteilen der eingangs genannten Art anzugeben, bei der eine energiesparende, platzsparende sowie universell einsetzbare Produktion von Spritzgussteilen ermöglicht ist.
  • Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe durch die Vorrichtung zur Herstellung von Spritzgussteilen des Patentanspruchs 1 gelöst. Danach ist die in Rede stehende Vorrichtung derart ausgestaltet und weitergebildet, dass der Extruder als Doppelschneckenextruder ausgestaltet ist und dass mindestens zwei Prozesszonen als Entgasungszonen ausgestaltet sind.
  • In erfindungsgemäßer Weise ist erkannt worden, dass bei Verwendung eines Doppelschneckenextruders mit zweifacher Vakuumextraktion und einem geeigneten Verfahrensteil für die PET-Plastifizierung sowie einer Verbindung der Direktplastifizierung über ein Zwischenteil mit dem Shot-Pot einer PET-Preform-Spritzgießmaschine, eine Herstellung von Spritzgussteilen in besonders guter Qualität ohne eine aufwendige Vortrocknung möglich ist. Hierbei werden einerseits, durch das Entfallen der Vortrocknung, Energiekosten eingespart. Anderseits ist aufgrund der fehlenden Trocknungsanlage ein komprimierter Bau der Vorrichtung möglich, wobei ein niedriger AA-Gehalt der Kunststoffteile ermöglicht ist. Die bei bekannten Anlagen benötigte Energie von etwa 0,55 kWh/kg PET zur Vortrocknung und Plastifizierung können somit durch die erfindungsgemäße Vorrichtung auf etwa 0,26 kWh/kg PET gesenkt werden. Da der Energieverbrauch nach dem Materialverbrauch der zweitgrößte Kostenanteil bei der Herstellung von Preforms ist, kann somit ein erheblicher Kundennutzen erzielt werden.
  • Die herkömmlichen Vorrichtungen zur Herstellung von Spritzgussteilen, insbesondere von PET-Preforms, weisen Vortrocknungsbehälter auf, die zur Beschränkung der Stellfläche und der isolierten Rohrleitungen über dem Extruder angeordnet sind. Dadurch werden Bauhöhen von 12 bis 15 Metern erreicht. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung weist lediglich eine Höhe von 3 bis 4 Metern auf, wodurch die Produktion auch in mehrgeschossigen Gebäuden möglich wird. Zudem ist die lange Dauer der Vortrocknung beim Anfahren herkömmlicher Vorrichtungen zeitraubend und unbequem. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann fast ohne Vorlaufzeit im wenigen Minuten in Betrieb genommen werden.
  • Hinsichtlich einer besonders einfachen Ausgestaltung könnte der Doppelschneckenextruder vorzugsweise fünf Prozesszonen aufweisen. Alternativ könnte der Doppelschneckenextruder allerdings auch mehr oder weniger Prozesszonen aufweisen, je nachdem für welche Anwendung die Vorrichtung verwendet wird. In einer, vorzugsweise in der ersten, Prozesszone könnte eine Aufschmelzung des zugefütterten Materials, vorzugsweise zu mindestens 90 %, erfolgen. In dieser Zone könnte dabei das Material, insbesondere ein in Granulatform vorliegendes Material, so schnell wie möglich und schonend erwärmt werden und eine Aufschmelzung des Materials erfolgen.
  • Ferner könnte zweite und die vierte Prozesszone als Entgasungszone ausgestaltet sein. In dieser Entgasungszone könnte die Schmelze dekomprimiert und auf einer großen Fläche einem ersten Vakuum von beispielsweise weniger als 5 mbar ausgesetzt werden. Hierdurch würde das H2O und Abbauprodukte, wie der AA-Gehalt, weitgehend, typischerweise zu 80 %, extrahiert werden.
  • In vorteilhaften Weise könnte mindestens eine, vorzugsweise die dritte, Prozesszone als Beruhigungszone ausgestaltet sein. Zusätzlich oder alternativ könnte in der als Entgasungszone ausgestalteten, vierten Prozesszone, bei der auf einer großen Fläche ein weiteres Vakuum, das typischerweise kleiner als 5 mbar ist, die restlichen flüchtigen Anteile von ca. 20 % extrahiert werden. Es könnte hierbei mindestens eine Vakuumpumpe und Abscheidetechnik vorgesehen sein, die unter Berücksichtigung der extrahierten Oligomere ausgelegt sein könnten.
  • Weiterhin könnte in vorteilhafter Weise in einer, vorzugsweise in der fünften, Prozesszone eine Komprimierung der Schmelze erfolgen. Es wäre somit eine Druckaufbauzone realisiert, in der die entgaste Schmelze rekomprimiert werden könnte, um dann dem Transferspeicher zugeführt werden zu können.
  • Im Rahmen einer besonders einfachen Ausgestaltung, könnte der Doppelschneckenextruder unterfüttert sein.
  • Die Fütterung des Doppelschneckenextruders könnte in besonders einfacher Weise mittels einer gravimetrischen Dosierung erfolgen. Mittels der gravimetrischen Dosierung könnte dann besonders einfach eine Unterfütterung des Doppelschneckenextruders realisiert werden.
  • Auch könnte der Doppelschneckenextruder in vorteilhafter Weise gleichsinnig drehend ausgestaltet sein. Hinsichtlich eines einfachen Betriebs könnte der Doppelschneckenextruder hierbei kontinuierlich betrieben werden. Im Hinblick auf die Verarbeitung von ungetrocknetem Material, insbesondere von PET, könnte der Doppelschneckenextruder mit hohem Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen betreibbar sein.
  • Überdies könnte in vorteilhafter Weise zwischen dem kontinuierlichen Extrusionsprozess und dem, zyklischen, Spritzgießprozess ein variabler, typischerweise hydraulisch angetriebener Transferspeicher zur Adaption der Betriebsarten angeordnet sein.
    •
  • Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche, und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung von Spritzgussteilen anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigt die einzige
  • Fig. in einer schematischen Darstellung, ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung von Spritzgussteilen.
  • Die Vorrichtung zur Herstellung von Spritzgussteilen in dem in der einzigen Figur gezeigten Ausführungsbeispiel dient zur Herstellung von PET-Preforms. Sie weist einen Extruder 1 auf, der zur Aufbereitung und Plastifizierung von in Granulatform befindlichem Material, in diesem Fall Kunststoff, dient. Die Vorrichtung weist ferner einen Transferspeicher 2 zur Aufnahme von aufbereitetem und plastifiziertem Material auf sowie ein Kolbenaggregat 3 zur Weiterverarbeitung des Materials. Insbesondere in der Kombination des Transferspeichers 2 und des Kolbenaggregats 3 ist eine Umsetzung der in kontinuierlicher Form herstellten Schmelze in ein Spritzgussteil möglich.
  • In erfindungsgemäßer Weise ist der Extruder 1 als Doppelschneckenextruder 4 ausgestaltet und sind mindestens zwei Prozesszonen 6, 8 als Entgasungszonen ausgestaltet.
  • Der Doppelschneckenextruder 4 weist fünf Prozesszonen 5, 6, 7, 8, 9 auf, wobei in der ersten Prozesszone 5 eine Aufschmelzung des zugefütterten Materials zu mindestens 90 % erfolgt. Die Zufütterung erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel durch eine gravimetrische Dosierung 10, welche eine Unterfütterung des Doppelschneckenextruders 4 in besonders einfacher Weise erlaubt.
  • Die zweite Prozesszone 6 ist als Entgasungszone ausgestaltet, wobei hier an einer großen Fläche ein erstes Vakuum von ca. 5 mbar angelegt ist, welches mittels einer Vakuumpumpe 11 erzeugt wird. Hierdurch werden H2O und andere Abbauprodukte, z.B. AA, zu ca. 80 %, extrahiert.
  • Die Kombination der dritten Prozesszone 7 sowie der vierten Prozesszone 8 als Beruhigungs- und Entgasungszone ermöglicht eine weitere Extraktion von flüchtigen Anteilen in einer Höhe von ca. 20 %. Auch hier wird eine Vakuumpumpe zur Erzeugung und zum Anlegen eines zweiten Vakuums von ca. 5 mbar verwendet. Die Vakuumpumpe und die Abscheidetechnik sind unter Berücksichtigung der extrahierten Oligomere ausgelegt.
  • In diesem Ausführungsbeispiel ist der Doppelschneckenextruder 4 kontinuierlich und gleichsinnig drehend, wobei der Doppelschneckenextruder 4 mit hohem Drehmoment bei niedriger Drehzahl betrieben wird. Mittels des Kolbenaggregats 3 wird das aufgeschmolzene Material in das Preform-Werkzeug eingeschossen.
  • Hinsichtlich weiterer Details wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die allgemeine Beschreibung verwiesen.
  • Schließlich sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass das voranstehend beschriebene Ausführungsbeispiel lediglich zur Erörterung der beanspruchten Lehre dient, diese jedoch nicht auf das Ausführungsbeispiel einschränkt.
    • 1
    Extruder
    2
    Transferspeicher
    3
    Kolbenaggregat
    4
    Doppelschneckenextruder
    5
    Prozesszone 1
    6
    Prozesszone 2
    7
    Prozesszone 3
    8
    Prozesszone 4
    9
    Prozesszone 5
    10
    Gravimetrische Dosierung
    11
    Vakuumpumpe

Claims (10)

  1. Vorrichtung zur Herstellung von Spritzgussteilen, insbesondere PET-Preforms, mit einem Extruder (1) zur Aufbereitung und/oder Plastifizierung von vorzugsweise in Granulatform befindlichem Material, mit einem Transferspeicher (2) zur Aufnahme von aufbereitetem und/oder plastifiziertem Material und mit einem Kolbenaggregat (3) zum Weiterverarbeiten des Materials, wobei der Extruder (1) mindestens zwei Prozesszonen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Extruder (1) als Doppelschneckenextruder (4) ausgestaltet ist und dass mindestens zwei Prozesszonen (6, 8) als Entgasungszonen ausgestaltet sind.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Doppelschneckenextruder (4) vorzugsweise fünf Prozesszonen (5, 6, 7, 8, 9) aufweist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einer, vorzugsweise in der ersten, Prozesszone (5) eine Aufschmelzung des zugefütterten Materials, vorzugsweise zu mindestens 90%, erfolgt.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite (6) und die vierte (8) Prozesszone als Entgasungszone ausgestaltet ist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine, vorzugsweise die dritte (7), Prozesszone als Beruhigungszone ausgestaltet ist.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in einer, vorzugsweise in der fünften (9), Prozesszone eine Komprimierung der Schmelze erfolgt.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Doppelschneckenextruder (4) unterfüttert ist.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fütterung des Doppelschneckenextruders mittels einer gravimetrischen Dosierung (10) erfolgt.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Doppelschneckenextruder (4) gleichsinnig drehend ausgestaltet ist.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Doppelschneckenextruder (4) mit hohem Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen betreibbar ist.
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