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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur kontinuierlichen Steuerung oder Regelung der Feuchte von Schüttgut, insbesondere eines Schüttgut-Stroms von Kunststoffgranulat, mit einem an den Schüttgut-Strom angeschlossenen Trockner und dessen Steuereinheit.
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Bei der Verarbeitung von feuchtesensiblen Kunststoffen/Polymeren kann Feuchte bisher nur „offline” gemessen werden. Die „online” Messung im Prozess scheitert daran, dass es beim Kunststoff zwei Arten der Feuchtigkeit gibt. Zum einen befindet sich Feuchte auf der Oberfläche des Kunststoffes, zum anderen enthält er intrinsische Feuchte. Hier sind Wassermoleküle in den molekularen Verbund des Polymers eingedrungen und haben sich zwischen den Molekülketten eingelagert. Aufgrund dieser Einlagerung kann das Wasser als Weichmacher wirken oder sogar dazu führen, dass die Schmelzviskosität des Kunststoffes sich ändert. Dies kann in der Verarbeitungspraxis zur Folge haben, dass erhebliche Qualitätsprobleme in der Verarbeitung und damit auch in der Fertigteilen auftreten.
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Die bislang praktizierte „offline” Messung birgt den Nachteil, dass eine Steuerung des der Kunststoffverarbeitung vorgelagerten Trocknungsprozesses sehr schwierig ist. Dazu ist erforderlich, dass kontinuierlich an der Verarbeitungsmaschine manuell Proben zur Feuchtebestimmung entnommen werden. Die Betriebspraxis zeigt, dass dies aufgrund von Kosten und Personalvorhaltung schwierig ist.
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Aus der
US 2 665 409 A ist eine Anordnung zur kontinuierlichen Steuerung oder Regelung der Feuchte von Schüttgut bekannt. Diese bekannte Anordnung umfasst einen an den Schüttgut-Strom angeschlossenen Trockner und dessen Steuereinheit. Es ist eine Entnahmevorrichtung zur Probenahme an den Schüttgut-Strom angeschlossen und ein Feuchtemessgerät mit der Entnahmevorrichtung verbunden. Der elektrische Mess-Signal-Ausgang des Feuchtemessgeräts kann mit der Steuereinheit des Trockners verbunden werden. Ferner weist das bekannte Feuchtemessgerät einen Probenraum auf, wobei ein Probenvorraum zwischen der Entnahmevorrichtung und dem Probenraum des Feuchtemessgeräts angeordnet ist und einen trichterförmigen Auslass aufweist. Darüber hinaus weist der Probenvorraum ein darin angeordnetes Bauteil auf, welches selbsttätig öffnet.
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Aus der
WO 00/52 406 A1 ist es bekannt, einen Probenraum evakuierbar auszubilden.
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Ein Infrarotstrahler und ein Infrarotdetektor zur Feuchtemessung gehen aus der
US 2003/0 034 443 A1 hervor. Dort arbeitet ein Infrarotstrahler in einem Feuchtemessgerät mit einer Pulsfrequenz von 1 Hz.
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Entnahmevorrichtungen zur Entnahme von Proben konstanten Volumens sind in der
DE 91 05 390 U1 gezeigt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit der eingangs genannten Anordnung eine verbesserte effiziente und wirtschaftliche Trocknung eines Schüttgut-Stroms von Kunststoffgranulat, auch bei schwankendem Feuchtegehalt, zu erreichen. Dabei soll insbesondere eine kontinuierliche Messung der Feuchte von Kunststoffgranulat im Zuführungsrohr zur Verarbeitungsmaschine erfolgen, wobei die Messung dann zur Steuerung oder Regelung des Trockners dient.
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Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Anordnung erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen. Zur Steuerung ist insbesondere vorgesehen, dass die Entnahmevorrichtung an den Schüttgut-Strom nach dem Auslass des Trockners angeschlossen ist. Damit ist gegebenenfalls eine Regelung der Feuchte möglich.
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Vorzugsweise ist ein Probenvorraum zwischen der Entnahmevorrichtung und dem Probenraum des Feuchtemessgeräts angeordnet und weist einen trichterförmigen Auslass mit einem darin angeordneten Einfüllventil auf. Insbesondere ist das Einfüllventil im belüfteten Zustand des Probenraums geöffnet und bei Unterdruck im Probenraum geschlossen. Während der Messung, also bei Unterdruck im Probenraum ist dieser damit luftdicht verschlossen, so dass eine exakte Messung der Feuchtigkeit gewährleistet ist.
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Aus der Zuführungsleitung vom Trockner zur Verarbeitungsmaschine wird das Kunststoffgranulat via eines Trommelfütterers (Drumfeeder) oder in eine konstantes definiertes Volumen gebracht. Ist das Volumen konstant, kann über die Dichte des Prüfmaterials das Gewicht zurückgerechnet werden.
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Im Folgenden wird ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
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Oberhalb des Trommelfütterers ist eine Lichtschranke angebracht, die den Trommelfütterer steuert. Nach Startsignal der Lichtschranke dreht sich der Trommelfütterer um 180° und das Prüfmaterial fällt in den Messreaktor. Oberhalb des Reaktors befindet sich eine Lochblende. Sobald das Material sich im Reaktor befindet, verschließt die Lochblende den Reaktor dicht. Nun wird ein Vakuum (< 10 mbar) angelegt und der Reaktor auf eine für den Prüfwerkstoff vorgegebene Temperatur aufgeheizt (Heizband, Mikrowelle u. a.). Via Ventil wird der evakuierte Luftraum abgeschlossen. Im Vakuum wird Feuchte aus dem Material ausgeheizt, bis sich ein Gleichgewicht von Feuchte im Oberraum (Engl.: headspace) bildet. Bisher wurde das dampfförmige Wasser mittels Reaktion mit CaH2 in H2 überführt und der Druck des H2 messwerttechnisch erfasst. Gegenstand dieser Erfindung ist alternativ zur Feuchtemessung einen Sensor mittels Schwingquarzwaage, Infrarotspektroskopie (NIR), u. a. zu benutzen. Dieses Verfahren geht davon aus, dass selektiv das Wassermolekül messwerttechnisch erfasst wird. Nach einer Eichmessung kann dann die Menge an Feuchte im Messraum quantitativ bis in den ppm-Bereich gemessen werden.
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Weiterer Gegenstand der Erfindung ist, dass die Feuchtewerte in % H2O über eine geeignete Messauswertelektronik an die Steuerung des Trockners gegeben werden und damit erlauben, den Trocknungsprozess effizient zu steuern, was bislang nicht möglich ist. Dies führt zur Reduzierung der Kosten für die Trocknung und zum anderen zur Stabilisierung der Feuchte des Kunststoffes im Verarbeitungsprozess.
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1 zeigt den Stand der Technik mit Silobehälter 12 für das Kunststoff-Granulat. In 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung dargestellt. Gezeigt wird ein Trockner 1 mit Steuereinheit 2, welche an die Auswertelektronik 3 eines Feuchtemessgerätes 4 angeschlossen ist. Der Weg des Schüttgut-Stroms ist mit Pfeilen gekennzeichnet. Ein Teil wird über einen Bypass 5 zu einem Drumfeeder 6 abgezweigt, welcher ein konstantes Volumen des Kunststoffgranulats in das Feuchtemessgerät 4 eingibt. Über rotierende Lochblenden 7 wird das gemessene Granulat als Abfall 8 zur Entsorgung abgegeben. Der von der Verarbeitungsmaschine 10 hergestellte Kunststoffstrang 11 ist ebenfalls dargestellt.
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Nachfolgend wird ein zweites, besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. In diesem Beispiel wird ebenfalls mit einem Trommelfütterer und einer Messkammer (Probenraum) wie im ersten Beispiel gearbeitet. Nach wie vor wird also das zu untersuchende Kunststoffgranulat in den Probenraum eingebracht, Vakuum angelegt und das Vakuum mittels eines Ventils gehalten. Auch jetzt wird das Kunststoffgranulat aufgeheizt, der im Vakuum entstandene Wasserdampf durch Infrarot-Spektroskopie gemessen und in den prozentualen Gehalt an Feuchtigkeit im Kunststoffgranulat umgerechnet.
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Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist die Anordnung aber etwas anders aufgebaut und arbeitet auch in einer etwas anderen Art und Weise. Dieses zweite Ausführungsbeispiel wird anhand der 3, die eine Seitenansicht zeigt und der 4, die den Schnitt A-A in 3 darstellt, näher erläutert.
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Schüttgut mit einem konstanten Volumen wird aus dem Drumfeeder 6 in eine Art Trichter 25 gebracht. Der Trichter ist über ein Dichtungsteil 27 mit der Messkammer (Probenraum) 30 verbunden. Wichtig ist, dass dieser Dichtungsmechanismus konisch ausgeführt ist, wodurch das Einfüllventil 26 mit der Dichtung 27 bei Unterdruck in der Messkammer 30 an die Innenwand des trichterförmigen Auslasses 32 gepresst und ein luftdichter Verschluss erreicht wird.
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Über einen Hebelmechanismus wird das Einfüllventil 26 bedient. Es gibt bei Normaldruck aufgrund des Gewichtes des Hebelarms 24 die Öffnung der Messkammer 30 frei und das Schüttgut fällt in die Messkammer 30.
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Dann wird mit dem Einfüllventil 26 die Messkammer 30 luftdicht verschlossen. Das rechte Ventil 36 wird ebenfalls geschlossen. Über das offene linke Ventil 35 wird die Luft aus der Messkammer 30 bis zu einem Unterdruck von zum Beispiel kleiner/gleich 10 mbar abgesaugt. Das Ventil 35 wird geschlossen, wenn der gewünschte Unterdruck erreicht ist. Die Messkammer 30 wird nun aufgeheizt bis zum Temperaturgleichgewicht. Dann wird wie zuvor die Konzentration des Wasserdampfes im Probenraum 30 mit dem IR-Strahler 28 und dem Detektor 29 gemessen und daraus die Feuchte des Schüttguts berechnet, zum Beispiel mittels eines Mikroprozessors.
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Damit ist die Messung beendet. Um nun die nächste Messung einzuleiten, öffnet das rechte Ventil 36 zur Belüftung. Der Hebelmechanismus oben öffnet das Einfüllventil 26 und über das rechte Ventil 36 wird die in der Messkammer 30 befindliche Probe herausgesaugt. Dann wird das Ventil 36 wieder geschlossen und ein neuer Messlauf beginnt.
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Die gemessenen Werte der Feuchte des Schüttguts werden an die Steuereinheit des Trockners geleitet, um diesen optimal einzustellen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Trockner
- 2
- Steuereinheit
- 3
- Auswerteelektronik
- 4
- Feuchtmessgerät
- 5
- Bypass
- 6
- Drumfeeder
- 7
- rotierende Lochblende
- 8
- Abfall
- 10
- Verarbeitungsmaschine
- 11
- Kunststoffstrang
- 12
- Silobehälter
- 21
- Rohrleitung
- 22
- vom Trockner
- 23
- zur Verarbeitungsmaschine
- 24
- Hebelarm
- 25
- Trichter
- 26
- Einfüllventil
- 27
- Dichtungsteil
- 28
- IR-Strahler
- 29
- Detektor
- 30
- Messkammer (Probenraum)
- 31
- Probenvorraum
- 32
- trichterförmiger Auslass
- 33
- Heizband
- 34
- zur Vakuumpumpe (Mess-Vakuum)
- 35
- Ventil
- 36
- Ventil
- 37
- Spülluft (Saugluft)
