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Die
Erfindung betrifft eine Kunststoffverarbeitungsvorrichtung, insbesondere
eine Kunststoffverarbeitungsvorrichtung mit einer Plastifiziereinrichtung mit
einer Einzugsöffnung, unter der mindestens eine Plastifizierschnecke
angeordnet ist, mit einem Schacht zum Zuführen einer aus
Materialkomponenten zusammengesetzten Materialsäule zu
der Einzugsöffnung der Plastifiziereinrichtung, und mit
wenigstens einer ersten Einspeiseeinrichtung und einer zweiten Einspeiseeinrichtung
zum Einspeisen jeweils einer Materialkomponente in den Schacht.
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Bei
der Plastifiziereinrichtung kann es sich beispielsweise um einen
Extruder mit einer oder mehreren Plastifizierschnecken handeln.
Unter einem "Schacht" ist ein Hohlraum, insbesondere ein zylindrischer
Hohlraum zu verstehen, der beispielsweise im wesentlichen senkrecht
verlaufen kann, so daß die Materialsäule in dem
Schacht durch die Gravitation nachgeführt wird.
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Insbesondere
betrifft die Erfindung eine derartige Kunststoffverarbeitungsvorrichtung,
bei der die Einspeiseeinrichtungen derart an dem Schacht angeordnet
sind, daß beim Einspeisen der Materialkomponenten sich
nahe der Einzugsöffnung der Plastifiziereinrichtung im
Querschnitt der Materialsäule wenigstens eine relative
Anreicherung einer der Materialkomponenten ergibt.
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Dabei
wird unter einer "relativen Anreicherung" ein räumlich
ausgedehntes Gebiet im Querschnitt der Materialsäule verstanden,
innerhalb welchen Gebiets der Anteil der betreffenden Materialkomponente
im Mittel höher ist als in einer Umgebung dieses Gebiets.
Eine solche relative Anreicherung ergibt sich beispielsweise, wenn
eine der Einspeiseeinrichtungen die zugeordnete Materialkomponente
seitlich in einen Hauptstrom anderer Materialkomponenten einspeist
und im weiteren Verlauf des Materialstroms sich keine vollständige
Durchmischung der Materialkomponenten ergibt. Dabei können
sowohl innerhalb als auch außerhalb des Gebiets der relativen
Anreicherung dennoch alle Materialkomponenten vorkommen.
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Eine
solche relative Anreicherung einer der Materialkomponenten ist normalerweise
unerwünscht. So ist aus der
EP 0 472 949 A1 eine Zuführvorrichtung
für einen Extruder bekannt, bei der durch ein Leitelement
unter einem Ausgang eines zentralen Zuführschachts in einem
Hauptschacht der Zuführvorrichtung eine bessere Durchmischung
der durch den zentralen Zuführ schacht zugeführten
Materialkomponente mit einer am Rande des Hauptschachts zugeführten
Materialkomponente erreicht werden soll.
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Aus
der
DE 20 2005 020 206 U1 ist
eine Einrichtung zur Materialzuführung zu einem Extruder
bekannt, bei der ein Materialstrom einer Hauptkomponente durch ein
nach unten offenes, keilförmiges Leitelement aufgeteilt
wird. Innerhalb des keilförmigen Leitelements wird dann
eine Nebenkomponente eingespeist.
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Bei
der Verarbeitung von Kunststoff ist es bekannt, Extrudern eine Mischung
von Kunststoff und verschiedenen anderen Stoffen zuzuführen,
wobei die einzelnen Materialkomponenten beispielsweise als Schüttgut,
etwa als Granulat oder Pulver eingesetzt werden. Dem eigentlichen
Rohkunststoff werden so beispielsweise Farbstoffe, Gleitmittel,
Flammhemmer usw. zugesetzt. Die Mischung wird üblicherweise
mittels volumetrischen oder gravimetrischen Dosierern (Einspeiseeinrichtungen)
direkt über einer Einzugsöffnung des Extruders
hergestellt. Die Materialmischung wird durch die Einzugsöffnung
dem Extruder zugeführt und aufgeschmolzen, also plastifiziert.
Dabei kann das Aufschmelzen im wesentlichen durch die im Extruder
auftretenden Scherkräfte erfolgen.
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Die
Erfinder haben festgestellt, daß bei einer relativen Anreicherung
einer der Materialkomponenten im Querschnitt der Materialsäule
einer derartigen Kunststoffverarbeitungsvorrichtung eine sich auf
das Verhalten des Materials in der Plastifiziereinrichtung ergebende
Wirkung gezielt genutzt werden kann, um Einfluß auf die
Förderrate der Plastifiziereinrichtung und die Qualität
des Erzeugnisses der Kunststoffverarbeitungsvorrichtung zu nehmen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, eine neuartige Kunststoffverarbeitungsvorrichtung
der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der das Verhalten der
Materialmischung in der Plastifiziereinrichtung verbessert werden
kann.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kunststoffverarbeitungsvorrichtung
der eingangs genannten Art gelöst, die weiter Mittel zum Festlegen
einer Position der relativen Anreicherung bezüglich der
Umfangsrichtung der wenigstens einen Plastifizierschnecke an der
Einzugsöffnung aufweist.
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Unter
der "Position bezüglich der Umfangsrichtung" ist diejenige
Position zu verstehen, an der die relative Anreicherung der Materialsäule
an oder unterhalb der Einzugsöffnung auf den Umfang der wenigstens
einen Plastifizierschnecke trifft.
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Insbesondere
sind die genannten Mittel dazu eingerichtet, die Position variabel
festzulegen, d. h. eine von zwei oder mehr festlegbaren Positionen festzulegen.
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Insbesondere
sind die Einspeiseeinrichtungen derart an dem Schacht angeordnet,
daß beim Einspeisen der Materialkomponenten in den Schacht sich
nahe der Einzugsöffnung der Plastifiziereinrichtung eine
Verteilung der Materialkomponenten innerhalb des Querschnitts der
Materialsäule ergibt, die an wenigstens einer Stelle im
Querschnitt der Materialsäule eine relative Anreicherung
einer der Materialkomponenten aufweist.
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Im
Betrieb der Plastifizierschnecke bewegt sich diese an der Einzugsöffnung
in einer vorgegebenen Richtung in ihrer Umfangsrichtung. Die besagte Position,
an der die relative Anreicherung der betreffenden Materialkomponente
auf die Plastifizierschnecke trifft, kann beispielsweise eine sogenannte
frühe Position sein, welche auf derjenigen Seite der Einzugsöffnung
liegt, an der der Rand der Plastifizierschnecke in den Bereich unter
der Einzugsöffnung eintritt. Bei einer frühen
Position der relativen Anreicherung wird in Umlaufrichtung des den
Bereich unter der Einzugsöffnung durchfahrenden Umfangs
der Plastifizierschnecke die betreffende Materialkomponente früh
zugeführt, bevor das in Umlaufrichtung der Plastifizierschnecke
dahinterliegende Material auf die Plastifizierschnecke trifft.
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Die
Position der relativen Anreicherung kann auch eine sogenannte späte
Position sein, welche auf der gegenüberliegenden Seite
der Einzugsöffnung liegt. An dieser Seite verläßt
ein Teilstück der Plastifizierschnecke, welches den Bereich
unter der Einzugsöffnung durchlaufen hat, diesen Bereich
wieder. Bei einer späteren Position der relativen Anreicherung
wird die betreffende Materialkomponente spät zugeführt,
nämlich erst nachdem das in Umlaufrichtung der Plastifizierschnecke
davor eintreffende Material der Plastifizierschnecke zugeführt
wurde.
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Bei
bestimmten Materialkomponenten hat die Position der hauptsächlichen
Zuführung dieser Materialkomponente besondere Auswirkungen
auf das Verhalten des Materials in der Plastifiziereinrichtung.
Wird beispielsweise ein Gleitmittel, welches eine die Förderrate
der Plastifizierschnecke reduzierende Wirkung hat, in Rotationsrichtung
(Umlaufrichtung) der Plastifizierschnecke spät zugeführt,
so kann die Förderrate erhöht werden. Wenn hingegen die
Zuführung des Gleitmittels an einer frühen Position
erfolgt, so legt sich das Gleitmittel auf die Plastifizierschnecke
und verursacht so ein Sinken der Förderrate. Verglichen
mit einem vollständig vermischten Material, kann durch
eine Zuführung eines leistungsmindernden Materials, wie
beispielsweise eines Gleitmittels, an einer frühen Position
die Förderleistung um beispielsweise bis zu 20% vermindert
werden, während durch eine Zuführung hauptsächlich
an einer späten Position die Leistung beispielsweise um bis
zu 10% gesteigert werden kann. Durch eine geeignete Auswahl der
Eintragungsposition eines Materials kann beispielsweise auch eine
Verringerung der Schmelzetemperaturen in der Plastifiziereinrichtung
erreicht werden, so daß das hergestellte Produkt eine höhere
Qualität erhält.
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Ein
entsprechendes Verhalten zeigt sich auch bei der relativen Anreicherung
einer die Förderrate steigernden Materialkomponente. Ein
solches Material kann auch als "stumpfes" Material bezeichnet werden.
Wird ein solches Material an einer frühen Position der
Plastifizierschnecke zugeführt, so kann bei gleicher Drehzahl
der Plastifizierschnecke die Leistung der Plastifiziereinrichtung,
verglichen mit einem vollständig durchmischten Material,
gesteigert werden.
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Erfindungsgemäß kann
daher durch die Mittel zum Festlegen einer Position der relativen
Anreicherung bezüglich der Umfangsrichtung der Plastifizierschnecke
der Verarbeitungsprozeß optimiert werden, so daß beispielsweise
eine höhere Produktionsleistung und/oder eine verbesserte
Qualität des Produktes erreicht wird.
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Im
allgemeinen muß keine exakte Festlegung der genannten Position
erfolgen; es genügt beispielsweise, wenn die Position derart
festgelegt wird, daß sich das Verhalten der Materialmischung
in der Plastifiziereinrichtung spürbar verbessert, insbesondere
sich eine spürbare Wirkung auf die Förderrate ergibt.
Beispielsweise kann es genügen, lediglich zwischen einem
frühen, einem späten und einem neutralen Positionsbereich
zu unterscheiden und die Position lediglich auf einen dieser Positionsbereiche festzulegen.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Vorzugsweise
weist die Kunststoffverarbeitungsvorrichtung weiter ein Einstellmittel
zum Einstellen der von den Mitteln festzulegenden Position durch
einen Bediener auf. Die Position ist dann ein Prozeßparameter,
der während des Betriebs beispielsweise unverändert
bleibt, nachdem eine optimale Position gefunden wurde. So kann beispielsweise
vor dem Beginn eines kontinuierlichen Verarbeitungsprozesses mittels
des Einstellmittels die Position der relativen Anreicherung eingestellt
werden. Vorzugsweise erlaubt das Einstellmittel ein Einstellen der
von den Mitteln festzulegenden Position während des laufenden
Betriebs der Kunststoffverarbeitungsvorrichtung. Dies ermöglicht
es, die optimale Position besonders einfach empirisch festzustellen.
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Bei
der erfindungsgemäßen Kunststoffvorrichtung öffnet
sich beispielsweise an der Einzugsöffnung der Plastifiziereinrichtung
ein sich in der Umfangsrichtung der mindestens einen Plastifizierschnecke
erstreckender Umfangsbereich der Plastifiziereinrichtung zum Schacht
hin. Dabei kann der Querschnitt der Einzugsöffnung sich
von dem Querschnitt des Schachts unterscheiden. Beispielsweise kann
sich der Schacht zur Einzugsöffnung hin trichterförmig
verjüngen. Dennoch wird auch in der Einzugsöffnung
die relative Anreicherung der betreffenden Materialkomponente im
wesentlichen erhalten bleiben.
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Vorzugsweise
sind die Einspeiseeinrichtungen derart an dem Schacht angeordnet,
daß beim Einspeisen der Materialkomponenten sich nahe der Einzugsöffnung
der Plastifiziereinrichtung im Querschnitt der Materialsäule
in Umfangsrichtung des Schachts wenigstens eine Stelle einer relativen
Anreicherung einer der Materialkomponenten ergibt. Das heißt,
die relative Anreicherung ist nicht zentralsymmetrisch zur Materialsäule.
Sie kann sich beispielsweise auf einen Umfangsbereich beschränken, der
beispielsweise 90° oder weniger betragen kann. Eine solche
relative Anreicherung ergibt sich insbesondere dann, wenn eine Einspeiseeinrichtung
die betreffende Materialkomponente von einer Seite in den Schacht
einspeist.
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Vorzugsweise
sind die Mittel zum Festlegen einer Position der relativen Anreicherung
bezüglich der Umfangsrichtung der wenigstens einen Plastifizierschnecke
dazu eingerichtet, die Lage der besagten Stelle der relativen Anreicherung
in Umfangsrichtung des Schachts festzulegen. Das heißt,
die Mittel legen fest, wo am Umfang des Schachts nahe der Einzugsöffnung
der Plastifiziereinrichtung die relative Anreicherung auftritt.
Vorzugsweise ist das besagte Einstellmittel ein Einstellmittel zum
Einstellen der Lage der besagten Stelle in Umfangsrichtung des Schachts.
Indem die Lage der Anreicherung in Umfangsrichtung des Schachts
festgelegt wird, wird zugleich auch die Position der Anreicherung
bezüglich der Umfangsrichtung der Plastifizierschnecke
an der Einzugsöffnung festgelegt. Wird beispielsweise,
ausgehend von einer frühen Position der Zuführung
der relativen Anreicherung, die Stelle der relativen Anreicherung
in Umfangsrichtung des Schachts von oben gesehen um 90° verändert,
so verschiebt sich die Position der Zuführung zur Plastifizierschnecke
um 90° und liegt damit unmittelbar oberhalb der Achse der Plastifizierschnecke,
also an einer mittleren Position zwischen einer frühen
und einer späten Zuführung. Durch eine weitere
Lageveränderung um 90° in Umfangsrichtung des
Schachts wird dann eine späte Zuführung erreicht.
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Vorzugsweise
sind die Mittel zum Festlegen einer Position der relativen Anreicherung
bezüglich der Umfangsrichtung der wenigstens einen Plastifizierschnecke
Mittel zum Versetzen des Schachtes oder des im Schacht enthaltenen
Materials in Umfangsrichtung des Schachts um eine Mittelachse des Schachts.
Das heißt, die Mittel verlagern den gesamten Inhalt bzw.
den Schacht mit seinem gesamten Inhalt. Auf diese Weise wird die
Verteilung der Materialkomponenten im Querschnitt der Materialsäule
lediglich gedreht, bleibt aber ansonsten im wesentlichen unverändert.
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Gemäß einer
ersten Ausführungsform weisen die Mittel zum Festlegen
einer Position der relativen Anreicherung bezüglich der
Umfangsrichtung der wenigstens einen Plastifizierschnecke Leitelemente
für im Schacht enthaltenes Material auf, die im Schacht
in einem Bereich unterhalb der Einspeiseeinrichtungen angeordnet
sind, wobei die Leitelemente dazu eingerichtet sind, eine Verteilung
der Materialkomponenten innerhalb des Querschnitts der Materialsäule
beim Passieren der Leitelemente zu verändern, insbesondere
im wesentlichen zu drehen. Insbesondere sind die Leitelemente dazu
eingerichtet, eine Position der Anreicherung im wesentlichen in Umfangsrichtung
um eine Mittelachse des Schachts zu versetzen. Durch geeignete derartige
Leitelemente kann die Position der relativen Anreicherung bezüglich
der Umfangsrichtung der Plastifizierschnecke festgelegt werden,
ohne daß dazu die Anordnung der Einspeiseeinrichtungen
an dem Schacht verändert werden muß. Die Kunststoffverarbeitungsvorrichtung ist
dadurch besonders variabel einsetzbar.
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Vorzugsweise
sind die Leitelemente um eine Mittelachse des Schachts drehbar und
erstrecken sich jeweils quer zu der Mittelachse. Das heißt,
sie verlaufen beispielsweise in radialer Richtung oder schraubenförmig.
Durch derartige Leitelemente kann beispielsweise die Verteilung
der Materialkomponenten im wesentlichen um die Mittelachse gedreht
werden, ohne daß der Materialstrom unzulässig
eingeschränkt würde.
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In
einer Variante der ersten Ausführungsform weisen die Mittel
zum Festlegen einer Position der relativen Anreicherung bezüglich
der Umfangsrichtung der wenigstens einen Plastifizierschnecke weiter
einen Antrieb zum Drehen der Leitelemente auf. Bei den Leitelementen
kann es sich beispielsweise um Stege handeln, die in Richtung der
Flugrichtung des Materials sowie quer zur Mittelachse des Schachts verlaufen.
Dabei können die Stege sich über einen Abschnitt
des Schachts zwischen den Einspeiseeinrichtungen und der Einzugsöffnung
erstrecken. Durch ein Drehen der Leitelemente mit einer eingestellten
Geschwindigkeit wird die gesamte Materialsäule gedreht.
Bei einer eingestellten Geschwindigkeit ergibt sich bei einer bekannten
Materialflußgeschwindigkeit im Schacht eine Veränderung
der Position der relativen Anreicherung um einen festgelegten Winkelbetrag
in Umfangsrichtung des Schachts. Durch die Stege in Flugrichtung
des Materials wird eine übermäßige Vermischung
der Materialkomponenten während der Drehung verhindert.
Das Einstellmittel ist beispielsweise ein Mittel zum Einstellen der
Drehgeschwindigkeit der Leitelemente. Auf diese Weise ergibt sich
eine besonders einfache Einstellbarkeit der gewünschten
Position der relativen Anreicherung.
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Gemäß einer
zweiten Ausführungsform der Erfindung sind die oben genannten
Leitelemente durch den Bediener verstellbar, beispielsweise mittels
Antriebsmitteln, und bilden das besagte Einstellmittel. Vorzugsweise
sind mehrere Segmente von Leitelementen in Flugrichtung des Materials
hintereinander angeordnet, welche den Schacht in Abschnitte unterteilen.
Durch geeig nete relative Anordnung der einzelnen Segmente der Leitelemente
wird beim Durchlaufen des Materials eine einstellbare Versetzung
beispielsweise in Umfangsrichtung des Schachts erreicht.
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Gemäß einer
dritten Ausführungsform sind die Mittel zum Festlegen einer
Position der relativen Anreicherung bezüglich der Umfangsrichtung
der wenigstens einen Plastifizierschnecke Mittel zum Versetzen wenigstens
einer an dem Schacht angeordneten Einspeiseeinrichtung in Umfangsrichtung des
Schachts. Das Einstellmittel erlaubt dann eine Einstellung der Position
der Einspeiseeinrichtung in Umfangsrichtung des Schachts. Insbesondere
können die Mittel zum Festlegen der besagten Position ein
Verdrehen des Schachts und wenigstens einer an dem Schacht angeordneten
Einspeiseeinrichtung um eine Mittelachse des Schachts erlauben.
Diese Ausführungsform ist insbesondere für kleinere
Anlagen geeignet.
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Vorzugsweise
weist die Kunststoffverarbeitungsvorrichtung mehrere zweite Einspeiseeinrichtungen
zum Einspeisen jeweils einer Materialkomponente auf, wobei die Einspeiseeinrichtungen
derart an unterschiedlichen Umfangspositionen des Schachts angeordnet
sind, daß beim Einspeisen der Materialkomponenten sich
für jede der zweiten Einspeiseeinrichtungen nahe der Einzugsöffnung
der Plastifiziereinrichtung im Querschnitt der Materialsäule
wenigstens eine relative Anreicherung der zugeordneten Materialkomponente
ergibt, wobei die jeweiligen relativen Anreicherungen sich an jeweils
unterschiedlichen Umfangspositionen des Schachts ergeben. Beispielsweise
kann eine Anzahl von beispielsweise sechs zweite Einspeiseeinrichtungen
am Umfang des Schachts verteilt angeordnet sein.
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Gemäß einer
Weiterentwicklung der Erfindung weisen die Mittel zum Festlegen
einer Position der relativen Anreicherung einer der Materialkomponenten
auf:
- – eine Dateneinheit, in welcher
zu Materialkomponenten, für die sich beim Einspeisen der
Materialkomponenten durch die zugeordneten Einspeiseeinrichtungen
nahe der Einzugsöffnung der Plastifiziereinrichtung im
Querschnitt der Materialsäule wenigstens eine relative
Anreicherung ergibt, Daten über eine Wirkung der jeweiligen
Materialkomponente auf das Verhalten der Materialmischung in der
Plastifiziereinrichtung gespeichert sind,
- – eine Auswahleinheit, die mit der Dateneinheit verbunden
ist und dazu eingerichtet ist, bei einer vorgegebenen Zusammenstellung
von Materialkomponenten anhand der in der Dateneinheit zu den zusammengestellten
Materialkomponenten gespeicherten Daten eine Kombination aus
– einer
Materialkomponente der Zusammenstellung mit einer vorbestimmten
Wirkung auf das Verhalten der Materialmischung in der Plastifiziereinrichtung
und
– einer Position der relativen Anreicherung dieser Materialkomponente
bezüglich der Umfangsrichtung der wenigstens einen Plastifizierschnecke
an der Einzugsöffnung
auszuwählen, und
- – ein Einstellmittel zum Einstellen der von den Mitteln
festzulegenden Position, um für die der ausgewählten
Kombination entsprechende Materialkomponente die der ausgewählten
Kombination entsprechende Position der relativen Anreicherung dieser
Materialkomponente bezüglich der Umfangsrichtung der wenigstens
einen Plastifizierschnecke an der Einzugsöffnung festzulegen. Die
Position wird also so festgelegt, daß sich im Betrieb der
Vorrichtung die vorbestimmte Wirkung auf das Verhalten der Materialmischung
in der Plastifiziereinrichtung ergibt. Dadurch kann eine automatische
Festlegung der Position basierend auf den Daten über die
Materialkomponenten erreicht werden, um die besagte Wirkung auf
das Verhalten der Materialmischung in der Plastifiziereinrichtung
zu minimieren oder zu maximieren.
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Weiter
wird die Aufgabe gemäß einer anderen Variante
der Erfindung durch eine Kunststoffverarbeitungsvorrichtung der
eingangs genannten Art gelöst, bei der der Schacht derart
mit der Einzugsöffnung verbunden ist, daß sich
beim Einspeisen der Materialkomponenten eine Position der relativen
Anreicherung bezüglich der Umfangsrichtung der wenigstens
einen Plastifizierschnecke an der Einzugsöffnung ergibt,
und welche Kunststoffverarbeitungsvorrichtung weiter aufweist:
- – eine Dateneinheit, in welcher zu
den Materialkomponenten Daten über eine Wirkung der jeweiligen
Materialkomponente auf das Verhalten der Materialmischung in der
Plastifiziereinrichtung gespeichert sind,
- – eine Auswahleinheit, die mit der Dateneinheit verbunden
ist und dazu eingerichtet ist, bei einer vorgegebenen Zusammenstellung
von Materialkomponenten anhand der in der Dateneinheit zu den zusammengestellten
Materialkomponenten gespeicherten Daten eine Kombination aus
– einer
Materialkomponente der Zusammenstellung mit einer vorbestimmten
Wirkung auf das Verhalten der Materialmischung in der Plastifiziereinrichtung
und
– einer Einspeiseeinrichtung
auszuwählen,
wobei die der Kombination entsprechende Einspeiseeinrichtung eine
Einspeiseeinrichtung ist, bei der durch Einspeisen der der Kombination
entsprechenden Materialkomponente über diese Einspeiseeinrichtung
eine relative Anreicherung dieser Materialkomponente im Querschnitt
der Materialsäule nahe der Einzugsöffnung der
Plastifiziereinrichtung erreichbar ist und eine Position der relativen
Anreicherung bezüglich der Umfangsrichtung der wenigstens
einen Plastifizierschnecke an der Einzugsöffnung erreichbar
ist, und
- – eine Ausgabeeinrichtung, die dazu eingerichtet ist,
einem Bediener die der ausgewählten Kombination entsprechende
Materialkomponente und/oder die der ausgewählten Kombination
entsprechende Einspeiseeinrichtung anzugeben, damit der Bediener
eine entsprechende Zuordnung dieser Materialkomponente zu dieser
Einspeiseeinrichtung vornimmt, um eine Position der relativen Anreicherung
dieser Materialkomponente bezüglich der Umfangsrichtung
der wenigstens einen Plastifizierschnecke an der Einzugsöffnung zu
erhalten. Die besagte Position ist insbesondere vorbestimmt oder
eine ausgewählte von mehreren (z. B. früh/spät/neutral)
und/oder ein Positionsbereich.
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Die
genannte Zuordnung kann beispielsweise mittels des oben genannten
Einstellmittels und des Mittels zum Festlegen der Position erfolgen,
oder indem der Bediener die Materialkomponente in einen entsprechenden
Vorratsbehälter für die Einspeiseeinrichtung einfüllt
oder eine entsprechende Materialkomponentenzuführung an
die Einspeiseeinrichtung anschließt. Somit kann bei dieser
Ausführungsform sowohl auf das genannte Einstellmittel
als auch auf drehbare Leitelemente und Mittel zum Versetzen einer
an dem Schacht angeordneten Einspeiseeinrichtung verzichtet werden.
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Bei
der Ausgabeeinrichtung kann es sich beispielsweise um eine Anzeige,
etwa einen Bildschirm, handeln, an der die ausgewählte
Materialkomponente und/oder die ausgewählte Einspeiseeinrichtung angezeigt
werden.
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Beide
Varianten der Erfindung haben die gemeinsame erfinderische Idee,
zu erreichen, daß sich eine bestimmte Position der relativen
Anreicherung eine Materialkomponente bezüglich der Umfangsrichtung
der wenigstens einen Materialkomponente bezüglich der Umfangsrichtung
der wenigstens einen Plastifizierschnecke an der Einzugsöffnung
ergibt. Dadurch kann das Verhalten des Materials in der Plastifiziereinrichtung
gezielt beeinflußt werden.
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Bei
der vorbestimmten Wirkung handelt es sich vorzugsweise um die Wirkung,
die Förderrate der Plastifiziereinrichtung bei einer frühen
oder einer späten Zuführung zu der Plastifizierschnecke
zu steigern oder zu verringern; d. h. die vorbestimmte Wirkung ist
die Wirkung, eine die Förderrate der Plastifiziereinrichtung
zu beeinflussen, insbesondere die Förderrate stark zu beeinflussen.
Eine solchermaßen auszuwählende Materialkomponente
wird auch als förderratenaktiv bezeichnet. Die Daten über
eine Wirkung der jeweiligen Materialkomponente auf das Verhalten
der Materialmischung in der Plastifiziereinrichtung umfassen vorzugsweise
Daten über eine Wirkung der jeweiligen Materialkomponente
auf eine Förderrate der Plastifiziereinrichtung.
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So
wird beispielsweise, wenn als Wirkung eine Steigerung der Förderrate
bezweckt wird, entweder eine die Förderrate senkende Materialkomponente
möglichst spät zugeführt, oder es wird
eine die Förderrate steigernde Materialkomponente möglichst früh
zugeführt. Bei mehreren zur Wahl stehenden Auswahlmöglichkeiten
mit vergleichbar starker Wirkung kann die Auswahleinheit eine Auswahl
nach einem vorgegebenen Schema oder aber zufällig und/oder
in Abhängigkeit von Voreinstellungen treffen.
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Bei
der Auswahl der Materialkomponente und/oder der Position bzw. der
Einspeiseeinrichtung kann die Auswahleinheit auch die Mengenanteile
der jeweiligen Materialkomponenten in der Materialsäule berücksichtigen.
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Die
Auswahl einer Kombination aus einer Materialkomponente und einer
Einspeiseeinrichtung bzw. einer Position bedeutet, daß entweder
beide, d. h. sowohl Materialkomponente als auch Einspeiseeinrichtung
bzw. Position ausgewählt werden, oder aber eine Materialkomponente
oder eine Einspeiseeinrichtung bzw. Position vorgegeben sind und
nur das jeweils andere Element der Kombination ausgewählt wird.
Im Falle, daß eine Materialkomponente vorgegeben ist, wird
die Kombination ausgewählt, indem lediglich die Einspeiseeinrichtung
bzw. die Position ausgewählt wird. Im Falle, daß eine
Einspeiseein richtung bzw. eine Position vorgegeben ist, wird die
Kombination ausgewählt, indem lediglich die Materialkomponente
ausgewählt wird.
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Im
folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung
anhand der Zeichnung näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer
Kunststoffverarbeitungsvorrichtung mit einer Plastifiziereinrichtung;
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2 einen
Querschnitt durch die Plastifiziereinrichtung im Bereich einer Einzugsöffnung
bei einer späten Zuführung einer Materialkomponente;
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3 den
Querschnitt durch die Plastifiziereinrichtung im Bereich der Einzugsöffnung
bei einer frühen Zuführung der Materialkomponente;
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4 eine
schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform
einer Kunststoffverarbeitungsvorrichtung; und
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5 eine
schematische Darstellung einer anderen Variante der Kunststoffverarbeitungsvorrichtung.
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1 zeigt
eine Kunststoffverarbeitungsvorrichtung, bei der aus einer Haupteinspeiseeinrichtung 10 eine
Hauptmaterialkomponente 12 und aus einer Nebeneinspeiseeinrichtung 14 eine
Nebenmaterialkomponente 16 in einen Schacht 18 eingespeist werden
und über den Schacht einer schematisch skizzierten Plastifiziereinrichtung 20 mit
einer Plastifizierschnecke 22 zugeführt werden.
Die Plastifizierschnecke 22 wird von einem Motor 23 angetrieben. Die
Hauptmaterialkomponente 12 ist in Form von offenen Polygonen
dargestellt, während die Nebenmaterialkomponente 16 in
Form von schwarzen, ausgefüllten Polygonen dargestellt
ist.
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Die
Haupteinspeiseeinrichtung 10 besteht aus einem vertikalen
Rohrabschnitt 24, der oberhalb des Schachtes 18 angeordnet
ist. Auf diesen Rohrabschnitt 24 ist sich nach unten trichterförmig
verjüngender Vorratsbehälter 26 für
die Hauptmaterialkomponente 12 aufgesetzt. Über
den Rohrabschnitt 24 wird die Hauptmaterialkomponente 12 dem
Schacht 18 durch die Wirkung der Schwerkraft zugeführt.
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Die
Nebeneinspeiseeinrichtung 14 besteht aus einem schematisch
skizzierten Dosierer 28 mit einer Dosierschnecke 30.
Die Dosierschnecke 30 wird von einem Motor 31 so
angetrieben, daß sich ein gewünschtes Mengenverhältnis
der beiden Materialkomponenten im Schacht 18 ergibt. Dem
Dosierer 28 wird die Nebenmaterialkomponente 16 über
ein Rohr 32 aus einem sich nach unten trichterförmig
verjüngenden Vorratsbehälter 34 durch
die Schwerkraft zugeführt. Der Dosierer 28 ist
seitlich an dem Schacht 18, in 1 auf der
rechten Seite, angeordnet. Der Eintrag der Nebenmaterialkomponente 16 in
den abwärts gerichteten Strom der Hauptmaterialkomponente 12 im
Schacht 18 erfolgt daher von der Seite. Daher ergibt sich
unterhalb der Einspeiseeinrichtungen 10 und 12 in
dem Schacht 18 im Querschnitt der Materialsäule
eine relative Anreicherung der Nebenmaterialkomponente 16 auf
der in 1 rechten Seite. Der Querschnitt durch den Schacht 18 und
die Materialsäule in diesem Bereich ist schematisch in
einem Bildausschnitt (I) dargestellt.
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Am
unteren Ende des Schachts 18 endet dieser an einer Einzugsöffnung 36 der
Plastifiziereinrichtung 20.
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Im
Schacht 18 sind in einem Schachtabschnitt 38 zwischen
den Einspeiseeinrichtungen 10 und 12 und der Einzugsöffnung 36 Leitelemente
in Form von Stegen 40 angeordnet. Der Schachtabschnitt 38 hat
eine Länge L, und die Stege 40 erstrecken sich
in Längsrichtung des Schachtes 18 im wesentlichen über
diese Länge L erstrecken. Im gezeigten Beispiel sind vier
Stege 40 vorhanden, die jeweils um 90° zueinander
versetzt an der inneren Umfangswand des Schachts 18 ansetzen
und in Richtung der Mitte des Schachts in den Schacht 18 hineinragen. Die
Anordnung der Stege 40 ist in 1 in einem Bildausschnitt
(II) im Querschnitt aus der Sicht von oben dargestellt.
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Der
Schachtabschnitt 38 mit den daran angeordneten Stegen 40 wird
von einer Antriebseinrichtung 42 in langsame Rotation um
seine Mittelachse ver setzt, wie im Bildausschnitt (II) durch einen
Pfeil angedeutet ist. Während das Material durch den Schachtabschnitt 38 strömt,
wird die Materialsäule so allmählich gedreht,
d. h. entlang der Umfangsrichtung des Schachtabschnitts 38 versetzt.
Unterhalb des Schachtabschnitts 38, nahe der Einzugsöffnung 36 ergibt
sich im gezeigten Beispiel die im Querschnitt im Bildausschnitt
(III) dargestellte Verteilung der Materialkomponenten 12 und 16 in
der Materialsäule, bei der die Anreicherung der Nebenmaterialkomponente 16 sich
nun auf der Vorderseite des Schachts 18 befindet. Die Position
der Anreicherung der Nebenmaterialkomponente 16 wurde somit
beim Durchlaufen des rotierenden Schachtabschnitts 38, aus
der Sicht von oben, um ungefähr 90° im Uhrzeigersinn
gedreht und befindet sich damit in der Darstellung in 1 vor
der Zeichenebene. Indem also beim Passieren der Stege 40 die
Materialsäule um ihre Längsachse gedreht wird,
wird die Verteilung der Materialkomponenten 12, 16 innerhalb
des Querschnitts der Materialsäule wie in den Bildausschnitten
(I) bis (III) gezeigt verändert.
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2 zeigt
die Situation im Bereich der Einzugsöffnung 36 im
Querschnitt durch die Plastifiziereinrichtung 20 und die
Plastifizierschnecke 22 auf der Höhe der Mittelachse
des Schachts 18. Die Ansicht in 2 entspricht
dabei einer Blickrichtung in 1 von rechts.
Die relative Anreicherung der Nebenmaterialkomponente 16 findet
sich daher in 2 auf der linken Seite der Einzugsöffnung 36.
Somit wird die Nebenmaterialkomponente 16 in Rotationsrichtung
der Plastifizierschnecke 22, welche durch einen Pfeil in 2 angedeutet
ist, spät zugeführt. Handelt es sich bei der Nebenmaterialkomponente 16 beispielsweise
um ein die Förderrate der Plastifizierschnecke 22 reduzierendes
Material, beispielsweise ein Gleitmittel, so kann durch die gezeigte
späte Zuführung der Nebenmaterialkomponente 16 eine
Reduzierung der Förderrate vermieden werden, und es ergibt
sich sogar, verglichen mit einer Zuführung vollständig
durchmischter Materialkomponenten 12 und 16, eine
Steigerung der Förderrate der Plastifizierschnecke 22.
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Die
Rotationsgeschwindigkeit des Schachtabschnitts 38 mit den
Stegen 40 wird an die Förderrate der Plastifizierschnecke 22 so
angepaßt, daß sich die Anreicherung der Nebenmaterialkomponente 16 stets
an der gewünschten Position an der Einzugsöffnung 36 ergibt.
Die Länge L ist beispielsweise so gewählt, daß das
Material innerhalb einer Zeit von typischerweise 20 bis 30 Sekunden
den Schachtabschnitt 38 passiert. Vorzugsweise entspricht
die Länge L des rotierenden Schachtabschnitts 38 bzw.
die Länge der Stege 40 in Richtung des Materialflusses mindestens
dem Durchmesser der Materialsäule, besonders bevorzugt
wenigstens einem Mehrfaches dieses Durchmessers. Bei ausreichender
Länge kann so durch eine hinreichend langsame Rotation des
Schachtabschnitts 38 verhindert werden, daß übermäßige
Scherkräfte auf das Material ausgeübt werden.
Indem die Stege 40 sich in Richtung des Materialflusses
im wesentlichen parallel zu dem Materialfluß erstrecken,
wird eine unerwünschte Beeinflussung des Materialflusses,
wie es etwa bei schraubenförmigen Stegen der Fall wäre,
vermieden.
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Durch
die Stege 40 in dem rotierenden Schachtabschnitt 38 wird
eine unerwünschte Vermischung der Materialkomponenten 12 und 16 im Schachtabschnitt 38 vermieden.
Zwar kann es im Schacht 18 und dem Schachtabschnitt 38 zu
einer geringfügigen Vermischung der Materialkomponenten
kommen, die relative Anreicherung der Nebenmaterialkomponente 16 bleibt
jedoch stark ausgeprägt, so daß beispielsweise
die in 2 gezeigte späte Zuführung zu
der Plastifizierschnecke 22 im wesentlichen erreicht wird.
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3 zeigt
eine frühe Zuführung der Nebenmaterialkomponente 16.
Diese laßt sich beispielsweise erreichen, indem der Schachtabschnitt 38 mit
den Stegen 40 in umgekehrter Richtung mit gleicher Geschwindigkeit
gedreht wird, so daß das Material beim Passieren des Schachtabschnitts 38,
aus der Sicht von oben, um 90° gegen den Uhrzeigersinn
versetzt wird.
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Indem
die Antriebseinrichtung 42 die Rotationsgeschwindigkeit
des Schachtabschnitts 38 festlegt, wird die Position der
relativen Anreicherung der Nebenmaterialkomponente 16 bezüglich
der Umfangsrichtung der Plastifizierschnecke 22 an der
Einzugsöffnung 36 festgelegt. Die Antriebseinrichtung 42 weist
beispielsweise ein Einstellmittel 43 für die Rotationsgeschwindigkeit
auf, so daß sich mit diesem Einstellmittel 43 die
Position der relativen Anreicherung wählen läßt.
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4 zeigt
eine zweite Ausführungsform der Kunststoffverarbeitungsvorrichtung
aus 1, bei der anstelle des drehbaren Schachtabschnitts 38 ein feststehender
Schachtabschnitt 44 vorgesehen ist. Der Schachtabschnitt 44 ist
in einer teilweise aufgeschnittenen Seitenansicht dargestellt, während
der Schacht 18 darüber und darunter wie in 1 im Querschnitt
dargestellt ist.
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In
dem Schachtabschnitt 44 sind keilförmige Leitelemente 46 auf
mehreren, im gezeigten Beispiel sechs Ebenen hintereinander derart
positioniert, daß das Material beim Passieren der jeweiligen
Ebenen durch die Leitelemente in Umfangsrichtung des Schachtabschnitts 44 abgelenkt
wird. Indem die Leitelemente 46 der aufeinanderfolgenden
Ebenen geeignet zueinander verdreht positioniert werden, kann beispielsweise
ein spiralförmiger Materialfluß durch den Schachtabschnitt 44 erreicht
werden.
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Die übrigen
Elemente der Kunststoffverarbeitungsvorrichtung nach 4 entsprechen
im wesentlichen denjenigen der 1 und sind
mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Im
gezeigten Beispiel sind die Leitelemente 46 der sechs Ebenen
etwa so zueinander orientiert, daß die Materialsäule
beim Passieren des Schachtabschnitts 44 etwa um 270° gegen
den Uhrzeigersinn gedreht wird. Oberhalb des Schachtabschnitts 44 liegt
eine im Bildausschnitt (IV) gezeigte Verteilung der Materialkomponenten 12, 16 vor,
während sich unterhalb des Schachtabschnitts 44 eine
im Bildausschnitt (V) gezeigte Verteilung der Materialkomponenten 12, 16 ergibt.
Auf diese Weise wird wieder die in 2 gezeigte
späte Zuführung der Nebenmaterialkomponente 16 erreicht.
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Je
nach Anzahl der Ebenen und Form der keilförmigen Leitelemente 46 kann
die Materialsäule beispielsweise um einen Winkel von 0
bis 360° gedreht werden. Die jeweiligen Positionen der
Leitelemente 46 werden beispielsweise einmalig bei der
Inbetriebnahme der Vorrichtung eingestellt und verbleiben dann während
des Betriebs in der eingestellten Position. Zum Einstellen der Leitelemente
sind diese beispielsweise zueinander drehbar gelagert. Sie bilden
dabei selbst das Einstellmittel, um die Position der relativen Anreicherung
der Nebenmaterialkomponente 16, die nahe der Einzugsöffnung 36 erreicht werden
soll, festzulegen.
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Die
gezeigten Beispiele dienen lediglich zur Veranschaulichung der Erfindung.
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Zur
Erhöhung der Übersichtlichkeit der Darstellung
wurde beispielsweise lediglich eine Haupteinspeiseeinrichtung 10 und
eine Nebeneinspeiseeinrichtung 14 beschrieben. Es können
aber beispielsweise an dem Schacht 18 auch vier um den
Umfang im Abstand von 90° verteilte Nebeneinspeiseeinrichtungen 14 angeordnet
sein, um vier Nebenmaterialkomponenten zudosieren zu können.
In gleicher Weise können auch beispielsweise sechs Nebeneinspeiseeinrichtungen 14 vorgesehen
sein, die beispielsweise um 60° versetzt in Umfangsrichtung
des Schachtes 18 angeordnet sein können. In jedem
Fall kann durch die Einstellung der gewünschten Versetzung
der Materialsäule beim Passieren des Schachtabschnitts 38 bzw. 44 für
eine bestimmte Nebenmaterialkomponente deren Position relativ zur
Umfangsrichtung der Plastifizierschnecke 22 festgelegt
werden.
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Anstelle
eines Dosierers 28 mit einer Dosierschnecke 30 kann
eine beliebige gravimetrische oder volumetrische Einspeiseeinrichtung
vorgesehen sein.
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Die
Erfindung kann auch bei anderen Plastifiziereinrichtungen, beispielsweise
verschiedenen Extrudertypen mit verschiedenen, beispielsweise glatten
oder genuteten Einzugszonen angewandt werden. Insbesondere ist beispielsweise
auch eine Plastifiziereinrichtung in Form eines Doppelschneckenextruders
denkbar, da erfindungsgemäß die Position der relativen
Anreicherung beliebig festlegbar ist.
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Besonders
vorteilhaft ist, daß zum Festlegen der Position der relativen
Anreicherung einer Materialkomponente die Einspeiseeinrichtungen
und ihre Lage am Schacht 18 nicht verändert werden
müssen. Alternativ kann es sich aber insbesondere bei kleineren
Anlagen auch anbieten, beispielsweise in 2 anstelle
der verstellbaren Leitelemente 46 den gesamten oberen Abschnitt
der Kunststoffverarbeitungsvorrichtung und insbesondere den Dosierer 28 in
Umfangsrichtung des Schachts 18 verstellbar einzurichten.
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Abweichend
von den dargestellten Beispielen sind auch aufwendigere Lösungen
denkbar, bei denen die Zudosierungen einzelner Materialkomponenten
beliebig zueinander positioniert oder verdreht werden können.
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5 zeigt
eine Kunststoffverarbeitungsvorrichtung, die beispielsweise einer
der obigen Ausführungsformen entsprechen kann. Allerdings
kann auf den drehbaren Schachtabschnitt 38 mit den Stegen 40 bzw.
auf den Schachtabschnitt 44 mit den verstellbaren Leitelementen 46 auch
verzichtet werden. Es sind auch keine verstellbaren Einspeiseeinrichtungen
erforderlich.
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Beispielhaft
sind zwei von sechs um den Umfang des Schachts 18 verteilten
Nebeneinspeiseeinrichtungen 14, 14' für
jeweilige Nebenmaterialkomponenten und eine Haupteinspeiseeinrichtung 10 gezeigt.
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Eine
Auswahleinheit 48 ist mit einer Dateneinheit 50,
bei der es sich um eine Materialdatenbank handelt, verbunden. In
der Dateneinheit 50 sind zu den Materialkomponenten Daten über
eine Wirkung der jeweiligen Materialkomponente auf die Förderrate
der Plastifiziereinrichtung 20 gespeichert, beispielsweise
ob bei einer frühen oder einer späten Zuführung
eine Steigerung oder eine Senkung der Förderrate eintritt,
und wie stark dieser Effekt ist.
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Die
Auswahleinheit 48 ist dazu eingerichtet, bei einer vorgegebenen
Zusammenstellung von Materialkomponenten anhand der in der Dateneinheit 50 zu
den zusammengestellten Materialkomponenten gespeicherten Daten eine
Nebenmaterialkomponente 16 mit einer vorbestimmten Wirkung
auf die Förderrate der Plastifiziereinrichtung 20 aus
der Zusammenstellung auszuwählen und eine Nebeneinspeiseeinrichtung
zum Einspeisen der Nebenmaterialkomponente 16 auszuwählen,
um bei eine Steigerung der Förderrate zu bewirken.
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Die
Auswahleinheit 48 ist mit einer Ausgabeeinrichtung 52 in
Form eines Bildschirms verbunden, der dazu eingerichtet ist, einem
Bediener die ausgewählte Materialkomponente 16 und
eine ausgewählte Nebeneinspeiseeinrichtung 14 anzuzeigen,
damit der Bediener eine entsprechende Zuordnung dieser Materialkomponente 16 zu
der Nebeneinspeiseeinrichtung 14 vornimmt, um eine bestimmte
Position der relativen Anreicherung der ausgewählten Materialkomponente 16 bezüglich
der Umfangsrichtung der wenigstens einen Plastifizierschnecke 22 beispielsweise
wie in 2 oder 3 gezeigt an der Einzugsöffnung
zu erhalten. Die Materialkomponente 16 wird beispielsweise
als Materialcode angezeigt. Beispielsweise vertauscht der Bediener
dazu die ausgewählte Nebenmaterialkomponente mit einer
beliebigen anderen der sechs Nebenmaterialkomponenten, da typischerweise
nur eine der Materialkomponenten besonders förderratenaktiv
ist. Die Mitwirkung des Bedieners ist durch einen gestrichelten
Pfeil angedeutet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 0472949
A1 [0005]
- - DE 202005020206 [0006]