-
Die
Erfindung betrifft eine Kunststoffverarbeitungsvorrichtung mit den
Merkmalen des Anspruchs 1, 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.
-
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.
-
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 Stelle einer relativen Anreicherung einer der Materialkomponenten
ergibt.
-
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.
-
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.
-
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.
-
EP 0 216 006 A2 beschreibt
das kontinuierliche Zumischen eines Farbstoffs zu einem Kunststoffgranulat.
Ein senkrechter Einfüllschacht
für das
Farbstoffgranulat mündet
von oben in einen Füllschacht, in
welchem das Kunststoffgranulat eine dichte Schüttung bildet.
-
US 3 228 065 A beschreibt
das Zumischen von Farbstoffen durch einen Zuführschacht zu einem Füllschacht
für einen
Extruder. Eine Öffnung
des Zufuhrschachtes liegt unmittelbar an der Einzugöffnung des
Extruders am seitlichen Rand des Füllschachts.
-
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.
-
US 2006/02 55 498
A1 beschreibt eine Extrusionsvorrichtung, bei der verschiedene
Materialkomponenten über
jeweilige Einspeisevorrichtungen in den Trichter eines Extruders
eingebracht werden. In einem Beispiel wird eine Materialkomponente über eine
seitliche Zufuhröffnung
im unteren Bereich des Trichters zugeführt. Es wird angegeben, daß im Falle einer
schrägen
Form des Trichters PPE-Pulver auf einer stromaufwärtigen Seite
der Extruderzufuhröffnung
zugeführt
werden sollte.
-
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.
-
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.
-
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Kunststoffverarbeitungsvorrichtungen nach Anspruch 1 und Anspruch
9 gelöst.
-
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.
-
Insbesondere
sind die genannten Mittel dazu eingerichtet, die Position variabel
festzulegen, d. h. eine von zwei oder mehr festlegbaren Positionen festzulegen.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
-
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.
-
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.
-
Erfindungsgemäß 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.
-
Erfindungsgemäß 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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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
Flußrichtung
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 Flußrichtung
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.
-
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 Flußrichtung
des Materials hintereinander angeordnet, welche den Schacht in Abschnitte
unterteilen. Durch eine geeig nete relative Anordnung der einzelnen
Segmente der Leitelemente wird beim Durchlaufen des Materials eine
einstellbare Versetzung beispielsweise in Umfangsrichtung des Schachts
erreicht.
-
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.
-
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 zweiten Einspeiseeinrichtungen am
Umfang des Schachts verteilt angeordnet sein.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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, 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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
Im
folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
-
Es
zeigen:
-
1 eine
schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Kunststoffverarbeitungsvorrichtung
mit einer Plastifiziereinrichtung;
-
2 einen
Querschnitt durch die Plastifiziereinrichtung im Bereich einer Einzugsöffnung bei einer
späten
Zuführung
einer Materialkomponente;
-
3 den
Querschnitt durch die Plastifiziereinrichtung im Bereich der Einzugsöffnung bei
einer frühen
Zuführung
der Materialkomponente;
-
4 eine
schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Kunststoffverarbeitungsvorrichtung;
und
-
5 eine
schematische Darstellung einer anderen Variante der Kunststoffverarbeitungsvorrichtung.
-
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.
-
Die
Haupteinspeiseeinrichtung 10 besteht aus einem vertikalen
Rohrabschnitt 24, der oberhalb des Schachtes 18 angeordnet
ist. Auf diesen Rohrabschnitt 24 ist ein 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.
-
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 14 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.
-
Am
unteren Ende des Schachts 18 endet dieser an einer Einzugsöffnung 36 der
Plastifiziereinrichtung 20.
-
Im
Schacht 18 sind in einem Schachtabschnitt 38 zwischen
den Einspeiseeinrichtungen 10 und 14 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. 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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
3 zeigt
eine frühe
Zuführung
der Nebenmaterialkomponente 16. Diese läßt 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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
Die übrigen Elemente
der Kunststoffverarbeitungsvorrichtung nach 4 entsprechen
im wesentlichen denjenigen der 1 und sind
mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
-
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.
-
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.
-
Die
gezeigten Beispiele dienen lediglich zur Veranschaulichung der Erfindung.
-
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.
-
Anstelle
eines Dosierers 28 mit einer Dosierschnecke 30 kann
eine beliebige gravimetrische oder volumetrische Einspeiseeinrichtung
vorgesehen sein.
-
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.
-
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.
-
Abweichend
von den dargestellten Beispielen sind auch aufwendigere Lösungen denkbar,
bei denen die Zudosierungen einzelner Materialkomponenten beliebig
zueinander positioniert oder verdreht werden können.
-
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.
-
Beispielhaft
sind zwei von sechs um den Umfang des Schachts 18 verteilten
Nebeneinspeiseeinrichtungen 14, 14' für jeweilige Nebenmaterialkomponenten
und eine Haupteinspeiseeinrichtung 10 gezeigt.
-
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.
-
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.
-
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.