DE10201869B4 - Aufgabevorrichtung für Schnipsel und Kurzschnittfasern - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zur kontinuierlichen Aufgabe von leichten, voluminösen Materialien, wie Schnipseln oder Kurzschnittfasern aus Synthesefasern- , Celluloseregenerat- oder Naturfasern mit mäßiger bis schlechter Rieselfähigkeit bestehend aus,
• einem Extruder mit einer seitlichen Öffnung (11);
• einem an der Öffnung (11) angeschlossenen Zweischneckenbeistellextruder mit verkürztem Extrusionsweg umfassend ein Gehäuse (2) und Förderschnecken (4) zur Förderung der Materialien in die Schmelze des Extruders;
• einem oberhalb der Schnecken (4) im Gehäuse (2) angeordneten Rührwerk (3);
• einem oberhalb vom Rührwerk (3) angeordneten und mit ihm verbundenen Fallrohr (1) zur Zuführung der Materialien über das Rührwerk (3) in den Beistellextruder;
• einem direkt unterhalb der Förderschnecken (4) gegenüber vom Rührwerk (3) angeordneten mittels einer Halterung (b) befestigten Sieb (5), wobei das Sieb (5) so angeordnet ist, dass es von den Förderschnecken (4) dichtkämmend überstrichen wird;
• einem über das Sieb (5) mit dem Gehäuse (2) und dem Fallrohr...

Description

  • Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur produktionsstabilen, kontinuierlichen Aufgabe von leichten, voluminösen 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 der 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.
  • Nach derzeitigem Stand der Technik, werden leichte faserförmige Materialien mit mäßiger bzw. schlechter Rieselfähigkeit mittels Stopfwerk dem Kunststoffextruder zugeführt [ DE 2847494 C2 ; DE 3031201 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 15mm Länge zu Bändern verarbeitet werden können. Nachteilig ist hierbei, dass dafür eine kostenintensivere textile Vorstufe zur Herstellung des Faserbandes erforderlich ist.
  • Die Vorrichtung nach der DE 197 54 409 A1 für Schnittfasern ist für die produktionsstabile Prozeßführung nicht geeignet und weist 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 A1 , eine Maschine zur direkten Verarbeitung von grobzerkleinerten Formteilen oder Halbzeugen, 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 ist diese Maschine nicht konzipiert bzw. geeignet.
    •
  • Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Aufgabe bzw. Zuführung von leichten voluminösen Schnipsel oder Kurzschnittfasern in die Schmelze einer Extruders mittels eines Beistellextruders mit verkürztem Extrusionsweg zu entwickeln.
  • Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
  • Die Vorrichtung ist speziell für Materialien mit einer Schüttdichte unter 0,3kg/l und einer mäßigen bis schlechten Rieselfähigkeit ausgelegt. Die Erfindung eignet sich für die Aufgabe von textilen und folienförmigen 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 zu erreichen.
  • 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 führt, 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 dem geförderten Material durch das Sieb hindurch gelangen und somit eine Separierung von Staub- und Feinanteilen aus den Fasermaterial zur staubarmen Faserdosierung möglich ist. Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
  • In Zeichnung 1 wird die Aufgabevorrichtung für Schnipsel und Kurzschnittfasern mit mäßiger bis schlechter Rieselfähigkeit in einer mittleren Länge von 2-15mm für eine produktionsstabile und kontinuierliche Zuführung direkt in einen Extruder schematisch dargestellt.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit der neuen Vorrichtung dadurch gelöst, dass die Fasern durch Saugförderung mittels Luftstrom von der Austragsöffnung 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 1 ist mit dem Schneckengehäuse 2 luftdicht verbunden, wobei ein Sichtfenster im Deckel des Schneckengehäuses 2 zur Kontrolle des Fasertransports vorteilhaft ist. Im Schneckengehäuse 2 bzw. Trichter befindet sich ein Rührwerk 3 zum Auflockern und Verteilen des Materials sowie zur Vermeidung von Brückenbildung des Materials im Schneckengehäuse 2. Das Schneckengehäuse 2 kann mit einer oder zwei Förderschnecken 4 ausgerüstet sein. Unterhalb der Förderschnecken 4 wird der Material-Luftstrom durch ein Sieb 5 getrennt und die Luft aus dem Gehäuse abgesaugt. Die Siebbreite unterhalb der Schnecke 4 sollte zwischen 20-80% des Schneckendurchmessers betragen. Die Maschenweite des Siebes 5, 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 5 gezogen werden. Durch die Drehbewegung der Schnecken 4 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 5 für die Trennung des Material-Luftstroms ist durch eine Halterung 6 (im folgenden als offener Gehäuseeinsatz bezeichnet) befestigt 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 7 eingeblasen, wobei sich die Rückschlagklappe 8 schließt und der Luftstrom nur über das Sieb 5 entgegen der Förderrichtung entweicht. Eine Umkehrung des Materialstroms in das Fallrohr 1 erfolgt nicht, da das anhaftende Material vom Sieb 5 durch die rotierenden Förderschnecken 4 erfasst wird und in Richtung Extruderöffnung der Abtransport erfolgt. Bei Verwendung einer Rückschlagklappe 8 muß diese so eingestellt werden, dass bei normalem Absaugbetrieb der Luft die mechanische Rückschlagklappe nicht schließt, sondern diese erst bei dem Reinigungsimpuls, der mit wesentlich höherem Luftdruck arbeitet, schließt. Bei elektrisch gesteuerter Klappe oder Schieber sollten diese mit dem Signal für den Druckimpuls gemeinsam gesteuert werden. Diese zeitlich begrenzte Prozedur von 0,2-5s bewirkt die Reinigung des Siebes 5 mittels Druckluft 7 im Gegenstromprinzip und gewährleistet eine produktionsstabile Materialaufgabe. Alternativ zur Gegendruckeinrichtung kann das Sieb 5 von unten auch mit rotierenden Bürsten im offenen Gehäuseeinsatz 6 gereinigt werden um ein Zusetzen des Siebes 5 langfristig zu vermeiden. Die Absaugung der Luft aus dem Gehäuse 2 erfolgt durch ein 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 2-15mm, kontinuierlich dem Extruder zuzuführen.
  • Für konventionelle Materialaufgabe kann der offene Gehäuseeinsatz durch einen geschlossenen Gehäuseeinsatz ersetzt werden, so dass 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.
  • Ausführungsbeispiel
  • Auf einer, Anlage werden mit der beschriebenen Vorrichtung nach Zeichnung 1 Naturfasern (Flachs) über eine Zweischneckenseitenfüttereinrichtungen einem Doppelschneckenextruder ZE 25 zugeführt.
  • Für die Faseraufgabe wurden Flachskurzschnittfasern mit einer mittleren Schnittlänge von 4mm eingesetzt. Das Gebläse zur Zwangsförderung der synthetischen Fasern mittels Luftstrom weist eine max. freie Förderleistung von 800 m3/h und einen max. Luftdruck von 0,2 bar auf. In den Versuchen wurden Fasermengen von 10kg/h verarbeitet, 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 wurde im kontinulierlichen Betrieb mit 750μm gewählt.

Claims (6)

  1. Vorrichtung zur kontinuierlichen Aufgabe von leichten, voluminösen Materialien, wie Schnipseln oder Kurzschnittfasern aus Synthesefasern- , Celluloseregenerat- oder Naturfasern mit mäßiger bis schlechter Rieselfähigkeit bestehend aus, • einem Extruder mit einer seitlichen Öffnung (11); • einem an der Öffnung (11) angeschlossenen Zweischneckenbeistellextruder mit verkürztem Extrusionsweg umfassend ein Gehäuse (2) und Förderschnecken (4) zur Förderung der Materialien in die Schmelze des Extruders; • einem oberhalb der Schnecken (4) im Gehäuse (2) angeordneten Rührwerk (3); • einem oberhalb vom Rührwerk (3) angeordneten und mit ihm verbundenen Fallrohr (1) zur Zuführung der Materialien über das Rührwerk (3) in den Beistellextruder; • einem direkt unterhalb der Förderschnecken (4) gegenüber vom Rührwerk (3) angeordneten mittels einer Halterung (b) befestigten Sieb (5), wobei das Sieb (5) so angeordnet ist, dass es von den Förderschnecken (4) dichtkämmend überstrichen wird; • einem über das Sieb (5) mit dem Gehäuse (2) und dem Fallrohr (1) verbundenen Gebläse (9), das zum Ansaugen der Materialien durch das Fallrohr (1) zum Sieb (5) einen Unterdruck erzeugt; • einer in der Halterung (6) unterhalb des Siebes (5) angeordneten ansteuerbaren Reinigungsvorrichtung für das Sieb (5).
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die in zeitlichen Abständen vorzunehmende Reinigung des Siebes (5) eine Gegendruckeinrichtung (7) unter dem Sieb (5) angeordnet und mit einer Druckluftzuführung verbunden ist, wobei bei Beaufschlagung des Siebes (5) mit Druckluft eine zwischen Gebläse (2) und Sieb (5) angeordnete Rückschlagklappe (8) die Verbindung zwischen Gebläse (2) und Sieb (5) unterbricht.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückschlagklappe (8) mechanisch oder elektrisch gesteuert ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die in zeitlichen Abständen während des kontinuierlichen Betriebes vorzunehmende Reinigung des Siebes (5) unter dem Sieb (5) zwei rotierende Bürsten, das Sieb (5) bestreichend, angeordnet sind.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Durchmesser des Schneckengehäuses (2) am Übergang von der das Rührwerk (3) aufnehmenden Materialaufnahmezone zum Schneckenrohr allmählich verjüngt, so dass eine Einlauflasche (12) gebildet wird.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sieb (5) auswechselbar ist und von einem geschlossenen Gehäuseeinsatz werden kann.
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