DE10201869A1 - Aufgabevorrichtung für Schnipsel und Kurzschnittfasern - Google Patents

Aufgabevorrichtung für Schnipsel und Kurzschnittfasern

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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Aufgabe von leichten Schnipseln oder Kurzschnittfasern mit mäßiger bis schlechter Rieselfähigkeit für die Herstellung von Compounds mittels Extruder. DOLLAR A Mit der Vorrichtung ist es mittels Saugförderung möglich, textile oder folienförmige Schnipsel bzw. Kurzschnittfasern (Aramidfasern, LCP-Fasern, konventionelle Synthesefasern wie PA, PAN, PP, PET u. a. sowie Celluloseregenerat- und Naturfasern) mit einen Durchmesser bzw. Länge von 2-15 mm in einem Extruder produktionsstabil kontinuierlich zuzuführen.

Description

  • Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Aufgabe von leichten Schnipseln oder Kurzschnittfasern für die Herstellung von Kunststofferzeugnissen mittels Extruder. Die Aufgabe bzw. Zuführung der leichten Materialien in die Schmelze eines Extruders erfordert eine Zwangszuführung, weil Schnipsel oder Kurzschnittfasern mit mäßiger bis schlechter Rieselfähigkeit zur Knäuel- und Brückenbildung in den Aufgabezone neigen. Diese Eigenschaft der Knäuel- und Brückenbildung wird u. a. durch die Faserlänge, Faserfeinheit, Oberflächenbeschaffenheit, Faserdichte sowie der konstruktiven Gestaltung der Schnecke und Einzugszone an den Extruder bzw. Plastifikator beeinflußt. Besonders bei Schnecken mit geringer Gangtiefe ist die Aufgabe von leichten Schnittfasern problematisch, da das Einsinkverhalten von leichten Schnittfasern mit mäßiger bzw. schlechter Rieselfähigkeit in die Schneckengänge ungenügend ist.
    • Stand der Technik
  • Nach derzeitigem Stand der Technik, werden leichte faserförmige Materialien mit mäßiger bzw. schlechter Rieselfähigkeit mittels Stopfwerk dem Kunststoffextruder zugeführt [DE 284 794 C2; DE 30 31 201 C2]. Die Stopfwerke für die Kunststoffextruder sind mit motorisch angetriebenen sich verjüngenden Stopfschnecken ausgerüstet, die sich in einem trichterförmigen Gehäuse drehen. Die faserförmigen Materialien werden durch die Stopfschnecke verdichtet und in den Zylinder des Extruders gedrückt.
  • Eine weitere technische Variante zur Zuführung nur für Fasern mit schlechter Rieselfähigkeit in Extruder bzw. Plastifikator ist eine Faseraufgabe in Form von Faserband. Diese technische Lösung ist durch die Faserlänge eingeschränkt, da nur Fasern mit einer Länge von über 15 mm Länge zu Bändern verarbeitet werden können. Nachteilig ist hierbei, daß dafür eine kostenintensivere textile Vorstufe zur Herstellung des Faserbandes erforderlich ist.
  • Die Vorrichtung DE 197 54 409 für Schnittfasern ist für die produktionsstabile Prozeßführung nicht geeignet und weißt durch die konstruktive Gestaltung folgende Nachteile auf, Brückenbildung und Förderprobleme bei Schnipseln und Kurzschnittfasern sowie zeitlich begrenzter Aufgabeprozeß durch Verstopfen des Rückhaltesiebes mit Schnipsel und Kurzschnittfasern, welches den Aufgabeprozeß zum Stillstand bringt.
  • Die Erfindung DE 44 28 867 eine Maschine zur direkten Verarbeitung von grobzerkleinerten Formteilen oder Halbzeuge hat die Aufgabe die groben Materialien im Einfülltrichter am Anfang der Hauptschnecke mit vergrößerten oder konischen Schnecken aufzugeben. Zur Verbesserung des Einzugverhaltens werden die grobteiligen Materialien mittels Unterstützung von Luft angesaugt, wobei eine definierte Temperaturführung in der Einzugszone erforderlich ist, damit eine Aufgabe der Materialien nicht in die Schmelze erfolgt und die Ansaugöffnungen durch Schmelze verstopft werden. Für die Aufgabe von feinteiligen voluminösen Schnipseln oder Kurzschnittfasern in die Schmelze mit verkürzten Extrusionsweg eines Extruders ist die Maschine nicht konzipiert bzw. geeignet.
    • Aufgabe der Erfindung
  • Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Aufgabe bzw. Zuführung von leichten voluminösen Schnipsel oder Kurzschnittfasern in die Schmelze mit verkürzten Extrusionsweg eines Extruders zu entwickeln. Die Vorrichtung ist speziell für Materialien mit einer Schüttdichte unter 0,3 kg/l und einer mäßigen bis schlechten Rieselfähigkeit ausgelegt. Die Erfindung eignet sich für die Aufgabe von textilen und folienförmige Schnipseln und Reiß- bzw. Kurzschnittfasern (z. B. Aramidfasern, LCP-Fasern, konventionelle Synthesefasern wie PA, PAN, PP, PET u. a. sowie Celluloseregenerat- und Naturfasern) mit einer Faserlänge von 2-15 mm in den Extruder zur Herstellung faserverstärkter Kunststoffe bzw. zum Recycling von synthetischen Fasern durch Extrusion.
  • Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich gegenüber herkömmlichen Stopfwerken, Maschinen und Vorrichtungen für die Extrusionstechnik dadurch, daß die Zuführung von Schnipseln und Kurzschnittfasern mittels Saugförderung in die Seitenfördereinrichtung eines Extruders erfolgt, ohne das Material zu kompaktieren und mit einem Auflockerungselement (Rührer) sowie mit einer Reinigungsvorrichtung und Einlauftasche um einen produktionsstabilen Aufgabeprozeß erreicht.
  • Diese pneumatische Saugförderung von Schnipseln und Kurzschnittfasern mit der neuen Vorrichtung hat gegenüber dem beschriebenen Stand der Technik den Vorteil, daß ein Verfilzen oder Kompaktieren welches zur Brückenbildung des Materials für, verhindert wird. Durch die Reinigungsvorrichtung des Siebes mittels zeitlich gesteuerter Druckluftimpulse im Gegenstromprinzip wird ein produktionsstabiler Materialstrom in den Extruder gewährleistet. Die kontinuierliche Materialzufuhr ermöglicht einen konstanten Materialeintrag, was sich besonders auf die Materialkonstanz bei der Herstellung von Compounds positiv auswirkt.
  • Bei biegeweichem Kurzschnittfasern von polymerer und cellulosischer Struktur bewirkt der gleichmäßige Materialstrom bei Saugförderung eine verbesserte Einarbeitung und Verteilung der Faserkomponenten im Matrixmaterial.
  • Besonders bei Extrudern mit kleineren Schneckendurchmessern bzw. Gangtiefe ist die Aufgabe der faserförmigen Materialien mittels Saugförderung von Vorteil, da hohe Biegemomente auf die Extruderschnecken wie bei Arbeitsweise mittels Stopfwerk vermieden werden.
  • Die neue Vorrichtung hat weiterhin den Vorteil, daß Staubanteile aus den geförderten Material durch das Sieb hindurch gelangen und somit eine Separierung von Staub- und Feinanteilen aus den Fasermaterial zur staubarmen Faserdosierung möglich ist.
  • Der Vorrichtung unter Bezugnahme auf die Zeichnung 1 und deren Numerierung liegt der Aufgabe zugrunde, Schnipsel und Kurzschnittfasern mit mäßiger oder schlechter Rieselfähigkeit und einer mittleren Durchmesser bzw. Länge von 2-15 mm direkt einem Extruder kontinuierlich zuzuführen.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die neue Vorrichtung dadurch gelöst, daß die Fasern durch Saugförderung mittels Luftstrom von der Austragsöffung einer Dosiereinrichtung bzw. dem Vorratsbehälter über ein Fallrohr (1) in das Schneckengehäuse (2) der Seitenfüttereinrichtung oder Beistellextruders gesaugt werden. Das obere Ende des Fallrohres ist offen, so daß die Rohröffnung zum Druckausgleich für die Saugförderung dient. Das Fallrohr ist mit dem Schneckengehäuse luftdicht verbunden, wobei ein Sichtfenster im Deckel des Schneckengehäuses zur Kontrolle des Fasertransports vorteilhaft ist. Im Schneckengehäuse bzw. Trichter befindet sich ein Rührwerk (3) zum Auflockern und Verteilen des Materials sowie zur Vermeidung von Brückenbildung des Materials im Schneckengehäuse. Das Schneckengehäuse kann mit einer oder zwei Förderschnecken (4) ausgerüstet sein. Unterhalb der Schneckenfläche wird der Material-Luftstrom durch ein Sieb (5) getrennt und die Luft aus dem Gehäuse abgesaugt. Die Siebbreite unterhalb der Schnecke sollte zwischen 20-80% des Schneckendurchmessers betragen. Die Maschenweite des Siebes, durch die die Luft gesaugt wird, ist abhängig von der Materialgröße und dem benötigten Unterdruck für das Ansaugen. Dieser Luftstrom bewirkt, daß die Schnipsel in die Schneckengänge der Förderschnecken bzw. auf das Sieb gezogen werden. Durch die Drehbewegung der Schnecken werden die Schnipsel vom Sieb abgekämmt und im Schneckengang in Richtung der Extruderöffnung (11) gefördert, wobei eine allmähliche Verjüngung auf den Schneckenrohrdurchmesser (Einlauftasche) (12) im Schneckengehäuse den Materialtransport zum Extruder begünstigt.
  • Das Sieb für die Trennung des Material-Luftstroms ist durch eine Halterung (in folgenden als offener Gehäuseeinsatz bezeichnet)(6) gefestigt und ist bei Verschleiß auswechselbar.
  • Im offenen Gehäuseeinsatz ist die Gegendruckeinrichtung zur Reinigung des Siebes mit Druckluftzuführung (7) und eine Rückschlagklappe oder Schieber (8) integriert. Bei einen Reinigungsimpuls wird in das Innere des offenen Gehäuseeinsatzes Druckluft eingeblasen, wobei sich die Rückschlagklappe schließt und der Luftstrom nur über das Sieb entgegen der Förderrichtung entweicht. Eine Umkehrung des Materialstroms in das Fallrohr erfolgt nicht, da das anhaftende Material vom Sieb durch die rotierenden Förderschnecken erfaßt wird und in Richtung Extruderöffnung der Abtransport erfolgt. Bei Verwendung einer Rückschlagklappe muß diese so eingestellt werden, dass bei normalen Absaugbetrieb der Luft die mechanische Rückschlagklappe nicht schließt und erst bei den Reinigungsimpuls der mit wesentliche höherem Luftdruck diese schließt. Bei elektrisch gesteuerter Klappe oder Schieber kann diese mit dem Signal für den Druckimpuls gemeinsam gesteuert werden. Diese zeitlich begrenzte Prozedur 0,2-5 s bewirkt die Reinigung des Siebes mittels Druckluft im Gegenstromprinzip und gewährleistet eine produktionsstabile Materialaufgabe. Alternativ zur Gegendruckeinrichtung kann das Sieb von unten auch mit rotierenden Bürsten im offenen Gehäuseeinsatz gereinigt werden um ein Zusetzen des Siebes langfristig zu vermeiden.
  • Die Absaugung der Luft aus dem Gehäuse erfolgt mit einem Gebläse (9). Die abgesaugte Luftmenge wird über eine Stellklappe (10) reguliert. Für die Saugförderung der Fasern mittels Luftstrom ist ein Unterdruck von max. 0,5 bar ausreichend.
  • Hauptvorteil der beschriebenen Vorrichtung ist, leichte Schnipsel oder Kurzschnittfasern mit schlechter Rieselfähigkeit und einem mittleren Durchmesser bzw. Länge von 2-15 mm, kontinuierlich den Extruder zu zuführen.
  • Für konventionelle Materialaufgabe kann der offene Gehäuseeinsatz durch ein geschlossener Gehäuseeinsatz ersetzt werden, so das konventionelle Füllstoffe, Glasfasern oder Granulate aufgegeben werden können und die Seitenfördereinrichtung bzw. Beistellextruder flexibel einsetzbar ist. Eine Nachrüstung von konventionellen Seitenfördereinrichtung oder Beistellextruder bzw. Umbau ist somit möglich.
    • Beispiel
  • Ausführungsbeispiel
  • Auf einer Anlage werden mit der beschriebenen Vorrichtung (Zeichnung 1) Naturfasern (Flachs) über eine Zweischneckenseitenfüttereinrichtungen einem Doppelschneckenextruder ZE 25 zugeführt.
  • Für die Faseraufgabe wurden Flachskurzschnittfasern mit einer mittleren Schnittlänge von 4 mm eingesetzt. Das Gebläse zur Zwangsförderung der synthetischen Fasern mittels Luftstrom besaß eine max. freie Förderleistung von 800 m3/h und einen max. Luftdruck von 0,2 bar. Die Versuche erfolgenten mit Fasermengen von 10 kg/h, wobei die Drehzahl zum Abkämmen bzw. zur Zuführung der Fasern in den Extruder der Zweischneckenseitenfördereinrichtung 350 U/min betrug. Die Maschenweite des Siebes als Trennebene für Flachskurzschnittfasern (6 mm) in kontinulierlichen Betrieb betrug in diesen Anwendungsbeispiel 750 µm.

Claims (4)

1. Vorrichtung zum produktionsstabilen kontinuierlichen Zuführen von leichten voluminösen Materialien (Schnipsel oder Kurzschnittfasern) mit mäßiger bis schlechter Rieselfähigkeit für die indirekte Zuführung über Zweischneckenseitenfüttereinrichtungen bzw. Zweischneckenbeistellextruder mit verkürzten Extrusionsweg in die Schmelze eines Extruders, in der mittels Unterdruck unterhalb der Förderschnecken die Materialien Schnipsel oder Kurzschnittfasern (Synthesefasern wie PA, PAN, PP, PET u. a. sowie Celluloseregenerat- und Naturfasern) in die Schneckengänge gesaugt werden. Unterhalb der Schneckenfläche wird der angesaugte Material- und Luftstrom an einen Sieb getrenntund aus dem Schneckengehäuse wird unterhalb des Siebes der Luftstrom abgesaugt. Auf dem Sieb wird das Material von den Förderschneckenflanken erfaßt und in Förderrichtung durch die Schnecken gefördert. Oberhalb der Schnecken befindet sich ein Rührwerk, das eine kontinuierliche Auflockerung des Material gewährleistet. Zur kontinuierlichen produktionsstabilen Prozessführung ist unterhalb des Siebes ein Reinigungselement integriert, um eine Zusetzen der Siebe (Trennebene von Material und Luftstrom) von Materialienrückständen zu verhindern.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß zur Reinigung der Maschen bzw. Löcher die Trennebene von Material und Luftstrom (Sieb) mittels Gegenstromeinrichtung oder rotierenden Bürsten in zeitlichen Abständen erfolgt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß über den Förderschecken ein Rührerwerk zur Zuführung bzw. Auflösung von Materialagglomeraten ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß für konventionelle Materialaufgabe ein geschlossener Gehäuseeinsatz alternativ verwendet wird.
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