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Die Erfindung betrifft eine Kunststoffverarbeitungsanlage.
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Insbesondere betrifft die Erfindung eine Kunststoffverarbeitungsanlage mit einer Absorptionskältemaschine, welche die anfallende Prozesswärme der Kunststoffverarbeitungsanlage nutzt und die zur Verfügung gestellte Kälte zur Kühlung eines Halbzeugs aus Kunststoff bereitstellt.
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Ein Extruder (technisch als Plastifiziermaschine bezeichnet) wird in zahlreichen Bereichen unter anderem in der kunststoffverarbeitenden Industrie eingesetzt. Dabei fördert, schmelzt und homogenisiert ein Extruder die Kunststoffschmelze um sie anschließend an eine formgebende Düse zum Ausformen eines kontinuierlichen Produkts zu leiten.
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In der Kunststoffverarbeitung ist es bekannt, den Kunststoff durch Einsatz von Primärenergie aufzuschmelzen. Der aufgeschmolzene Kunststoff wird in eine Form gepresst oder durch ein Werkzeug gepresst und anschließend zur Erreichung der Formstabilität gekühlt.
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Während des Prozesses der Kunststoffverarbeitung entsteht Abwärme, die schlechtestenfalls an die Umwelt abgeführt wird.
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Insbesondere beim Einsatz eines Extruders entsteht ein signifikanter Anteil von Wärme durch die im Extruder auftretende Reibung. Ein Teil dieser Wärme wird verwendet um die Kunststoffvorlage, insbesondere das Kunststoffgranulat, aufzuschmelzen. Ein anderer Teil der Wärme wird über das Gehäuse des Extruders an die Umwelt abgegeben.
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Im Stand der Technik sind Methoden zur Nutzung der am Extruder anfallenden Extruderabwärme bekannt.
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Die DT 2 235 023 A offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufheizen des Kunststoffgranulats im Vorratsbehälter eines Extruders, wobei die durch die Extruderabwärme aufgeheizte Luft oberhalb des Extruders über ein Leitungssystem durch einen Ventilator abgesaugt und dem Vorratsbehälter zugeführt wird.
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Die
DE 27 37 037 C3 beschreibt eine Blasfolienanlage mit einer Absorptions-Kältemaschine, wobei der Verdampfer im Bereich des Blaskopfes angeordnet ist und die zum Kühlen der Folienblase eingesetzte Kühlluft kühlt, und wobei der Kocher im Inneren der Folienblase angeordnet ist.
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Die
DD 227 644 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Abwärmenutzung an Plastifizierzylindern von Kunststoffverarbeitungsmaschinen, wobei die Abwärme des Extruders genutzt wird um das Kunststoffgranulat vor dem Eintritt in den Extruder zu trocknen und/oder aufzuheizen, wobei als Wärmeträgermedium Wasser verwendet wird und kein Carnot-Prozess durchlaufen wird.
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Die
US 2006/0288699 A1 beschreibt ein Verfahren zur Nutzung der Abwärme eines Formwerkzeugs durch eine Wärmekraftmaschine, wobei ein Stirlingmotor als Wärmekraftmaschine verwendet wird.
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Die
DE 10 2007 039 799 B3 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kühlung eines extrudierten Rohres durch Wasser, wobei das erwärmte Wasser in einem Kühlturm abgekühlt wird und wobei die Pumpen zum Bewegen des Kühlwassers von einer Wärmekraftmaschine betrieben werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dem Stand der Technik eine Verbesserung oder eine Alternative zur Verfügung zu stellen.
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Diese Aufgabe löst eine Kunststoffverarbeitungsanlage, insbesondere Blasfolienanlage, zum Herstellen eines Halbzeugs, insbesondere einer Folienbahn, aus einer Kunststoffvorlage, insbesondere aus Kunststoffgranulat, mit einem Extruder zum Aufschmelzen der Kunststoffvorlage zu einer Kunststoffschmelze, mit einem Formwerkzeug für die Kunststoffschmelze, und mit einer Kühlung für die formgebende Kunststoffschmelze, wobei die Kunststoffverarbeitungsanlage eine Absorptionskältemaschine aufweist, wobei die Absorptionskältemaschine einen Verdampfer, einen Absorber und einen Austreiber aufweist, wobei der Verdampfer in der Kühlung vorgesehen ist, und wobei der Austreiber eine Wärmespeisverbindung zum Extruder aufweist.
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Begrifflich sei hierzu Folgendes erläutert:
- Zunächst sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass im Rahmen der hier vorliegenden Patentanmeldung unbestimmte Artikel und Zahlenangaben wie „ein“, „zwei“ usw. im Regelfall als „mindestens“-Angaben zu verstehen sein sollen, also als „mindestens ein...“, „mindestens zwei ...“ usw., sofern sich nicht aus dem jeweiligen Kontext ausdrücklich ergibt oder es für den Fachmann offensichtlich oder technisch zwingend ist, dass dort nur „genau ein ...“, „genau zwei ...“ usw. gemeint sein können.
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Unter einer „Kunststoffverarbeitungsanlage“ wird eine Anlage verstanden, mit welcher Kunststoff weiterverarbeitet wird. Insbesondere werden mit einer Kunststoffverarbeitungsanlage aus einer Kunststoffvorlage Halbzeuge und/oder Produkte aus Kunststoff hergestellt. Bekannte Formen von Kunststoffverarbeitungsanlagen sind insbesondere Blasfolienanlagen, Gießfolienanlagen, Compoundieranlagen oder Vliesproduktionsanlagen. Die Halbzeuge und Produkte sind beispielsweise Profile, Rohre, Folien, Blasformteile, Platten, Filamente, Vliesstoffe, Bändchen, Halbzeuge, Schläuche, Kabel, Granulat, Compound oder Schaumhalbzeuge.
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Eine „Blasfolienanlage“ ist eine Kunststoffverarbeitungsanlage, mit welcher eine Blasfolie hergestellt wird. Eine Blasfolienanlage weist insbesondere einen Extruder, ein Formwerkzeug, einen Blaskopf, eine Kühlung, eine Flachlegung, einen Abzug und einen Wickler auf.
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Unter einem „Halbzeug“ wird eine vorgefertigte Rohmaterialform verstanden. Einfache Profile, Stangen, Rohre und Platten werden beispielsweise als Halbzeug bezeichnet.
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Eine „Folienbahn“ kann entweder eine einlagige Folienbahn sein, oder eine schlauchförmige Folienbahn, wobei der Schlauch aufgetrennt oder schlauchförmig belassen werden kann. Weiterhin kann auch ein zusammengelegter Schlauch als Folienbahn bezeichnet werden. Die Folienbahn kann einschichtig oder mehrschichtig sein.
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Unter einer „Kunststoffvorlage“ wird ein Rohmaterial aus Kunststoff verstanden, welches zur Verarbeitung mit einem Extruder geeignet ist. Eine häufig zum Einsatz kommende Kunststoffvorlage ist ein Kunststoffgranulat.
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Ein „Kunststoffgranulat“ ist ein körniger bis pulverförmiger und leicht schüttbarer Feststoff aus Kunststoff. Es ist wegen seiner Rieselfähigkeit ein Schüttgut wie Sand oder Kies und damit ebenso einfach zu transportieren.
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Unter einem „Extruder“ wird eine Plastifiziermaschine verstanden, welche in zahlreichen Bereichen unter anderem der kunststoffverarbeitenden Industrie eingesetzt wird. Insbesondere wird unter einem Extruder eine Plastifiziermaschine verstanden, welche Kunststoffe fördert, aufschmilzt und homogenisiert, um die Kunststoffschmelze anschließend an ein Formwerkzeug zu leiten. Unter einem Extruder werden insbesondere Einschneckenextruder und Mehrschneckenextruder verstanden, wobei ein Einschneckenextruder eine Extruderschnecke und ein Mehrschneckenextruder mehrere Extruderschnecken aufweist.
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Unter einer „Kunststoffschmelze“ wird ein Kunststoff verstanden, welcher sich im flüssigen Aggregatzustand befindet.
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Ein „Formwerkzeug“ ist ein formgebendes Bearbeitungswerkzeug, welches zum Urformen oder Umformen eingesetzt wird. Insbesondere kann ein Formwerkzeug eine Breitschlitzdüse oder eine Ringschlitzdüse sein.
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Unter einer „Kühlung“ wird eine Vorrichtung zum Kühlen eines Systems oder eines Gegenstands verstanden, wobei die Kühlung dem System oder dem Gegenstand thermische Energie entzieht. Insbesondere wird unter einer Kühlung eine technische Vorrichtung verstanden, welche dazu eingerichtet ist, Wärme abzuführen.
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Eine „Absorptionskältemaschine“ ist eine Maschine, die unter Einsatz von Wärmeenergie Kälte erzeugt und die den physikalischen Effekt der Verdampfungswärme bei Wechsel des Aggregatzustands von flüssig zu gasförmig nutzt. Ein Kältemittel, welches in der Absorptionskältemaschine in einem Kreislauf bewegt wird, erfährt nacheinander verschiedene Aggregatzustandsänderungen. Bei der Verdampfung des Kältemittels nimmt es Wärme auf und gibt bei seiner Kondensation Wärme ab. Die Kondensation des Kältemittels erfolgt in der Absorptionskältemaschine durch eine Salzlösung, die die Fähigkeit hat, das Kältemittel zu absorbieren. Dabei stoppt der Absorptionsprozess, sobald die Salzlösung mit Kältemittel gesättigt ist. Daher wird der Salzlösung in einem weiteren verfahrenstechnischen Schritt im sogenannten „Austreiber“ das Kältemittel wieder entzogen. Dazu wird die mit Kältemittel angereicherte Salzlösung in den Austreiber gepumpt, in dem das Kältemittel durch Hitzeeinwirkung ausgekocht und dabei wieder verdampft wird. Die dabei entstehenden Fluide (die konzentrierte Salzlösung und der Kältemitteldampf) werden anschließend wieder voneinander getrennt. Das verdampfte Kältemittel wird anschließend im „Kondensator“ abgekühlt. Dadurch kondensiert es und kann wieder dem Verdampfer zugeführt werden, womit der Kreislauf des Kältemittels geschlossen ist. Die konzentrierte Salzlösung wird in einem zweiten separaten Kreislauf wieder zurück zum Absorber geführt.
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Ein „Kältemittel“ ist ein Fluid, welches zur Wärmeübertragung in einer Kältemaschine, insbesondere einer Absorptionskältemaschine, eingesetzt wird. Es nimmt bei niedriger Temperatur und niedrigem Druck Wärme auf und gibt bei höherer Temperatur und höherem Druck Wärme ab, wobei üblicherweise Aggregatzustandsänderungen des Fluides erfolgen. Ein Kältemittel ist ein Arbeitsmedium in einer Absorptionskältemaschine.
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Ein „Verdampfer“ ist ein verfahrenstechnischer Apparat zur Umwandlung des Aggregatzustands eines Fluids, wobei im „Verdampfer“ ein Fluid, insbesondere ein Kältemittel, verdampft und dabei Wärme von seiner Umgebung aufnimmt.
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Ein „Absorber“ ist ein verfahrenstechnischer Apparat, in dem ein Gasstrom mit einem Flüssigkeitsstrom in Kontakt gebracht wird, um Bestandteile des Gasstroms in der Flüssigkeit aufzunehmen.
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Ein „Austreiber“ ist ein verfahrenstechnischer Apparat, in dem das Kältemittel durch Hitzeeinwirkung aus der Salzlösung ausgekocht und dabei verdampft wird. Die dabei entstehenden Fluide (die konzentrierte Salzlösung und der Kältemitteldampf) werden in dem Austreiber anschließend wieder voneinander getrennt.
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Unter einer „Wärmespeisverbindung“ wird eine Wärmeleitung verstanden. Insbesondere kann eine Wärmeleitung auch aus einem warmen Luftstrom oder einer Vorrichtung bestehen, welche Wärmestrahlung aufnimmt.
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Der Stand der Technik sah bislang vor, dass die Abwärme einer Kunststoffverarbeitungsanlage an die Umwelt abgeführt wurde.
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Abweichend wird hier vorgeschlagen, die thermische Energie der Abwärme einer Kunststoffverarbeitungsanlage einer Absorptionskältemaschine zuzuführen und die mit der Absorptionskältemaschine erzeugte Kälte zur Kühlung der Kunststoffverarbeitungsanlage und/oder zur Kühlung der mit der Kunststoffverarbeitungsanlage produzierten Halbzeuge und/oder Produkte einzusetzen.
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Dabei ist unter anderem denkbar, dass die Abwärme des Extruders über eine Wärmespeisverbindung dem Austreiber zugeführt wird und die Abwärme des Extruders genutzt wird um das Kältemittel aus der Salzlösung auszukochen.
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Vorteilhaft kann damit erreicht werden, dass die Energieeffizienz der Kunststoffverarbeitungsanlage verbessert werden kann, wodurch weniger Energie für die Herstellung von Halbzeugen und Produkten aus Kunststoff benötigt wird und die Produktionskosten gesenkt werden können.
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Durch die bessere Energieeffizienz der Kunststoffverarbeitungsanlage kann ebenfalls die Umwelt geschont werden, da weniger Abwärme an die Umwelt abgegeben wird und weniger Primärenergie benötigt wird.
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Bevorzugt ist der Austreiber am Extruder angeordnet.
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Vorteilhaft kann damit erreicht werden, dass die Abwärme des Extruders unmittelbar genutzt werden kann, um in dem Austreiber das Kältemittel aus der Salzlösung auszukochen. Durch die unmittelbare Nutzung kann erreicht werden, dass weniger thermische Energie der Abwärme des Extruders auf dem Weg zum Austreiber verloren geht. Folglich kann die Energieeffizienz der Kunststoffverarbeitungsanlage weiter verbessert werden.
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Optional ist der Austreiber über einen Wärmetauschkreislauf mit dem Extruder verbunden ist.
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Begrifflich sei hierzu Folgendes erläutert:
- Unter einem „Wärmetauschkreislauf‟ wird unter anderem ein Fluidkreislauf verstanden, wobei ein flüssiges Wärmeträgermedium im Kreis bewegt wird und an einer Stelle Wärme aufnimmt und es an einer anderen Stelle Wärme abgibt. Der Wärmeaustausch kann dabei in einem Wärmetauscher stattfinden. Weiter wird unter einem „Wärmetauschkreislauf“ auch der Einsatz eines Wärmerohres verstanden. Außerdem wird unter einem „Wärmetauschkreislauf“ auch eine Wärmebrücke verstanden, etwa über den Einsatz von Materialien mit einer besonders hohen Wärmeleitfähigkeit, wie etwa Silber, Gold, Kupfer oder Aluminium.
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Vorteilhaft kann damit erreicht werden, dass der Austreiber und der Extruder nicht in unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet sein müssen, wodurch sowohl der Extruder als auch der Austreiber besser zugänglich sind und folglich besser gewartet werden können.
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Ein weiterer Vorteil ergibt sich dabei auch dadurch, dass auf diese Weise vergleichsweise einfach einem Austreiber der Absorptionskältemaschine mehrere Wärmequellen durch einen oder mehrere Wärmetauschkreisläufe zugeordnet werden könne. So kann noch mehr Prozessabwärme genutzt werden, wodurch die Energieeffizienz der Kunststoffverarbeitungsanlage weiter verbessert werden kann.
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Bevorzugt ist ein Wärmetauschkreislauf an das Formwerkzeug zum Abziehen von Wärmeenergie angeschlossen.
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Vorteilhaft kann damit erreicht werden, dass auch die Abwärme von dem Formwerkzeug und den angrenzenden Bauteilen für die Absorptionskältemaschine verwendet werden kann, wodurch sich die energetische Effizienz der Kunststoffverarbeitungsanlage weiter steigern lässt und die Umwelt gleichermaßen entlastet werden kann.
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Optional ist ein Wärmetauschkreislauf an einen Blaskopf zum Abziehen von Wärmeenergie vor einem Ringdüsenaustritt angeschlossen.
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Begrifflich sei hierzu Folgendes erläutert:
- Unter einem „Blaskopf“ wird die Baugruppe einer Blasfolienanlage verstanden, in welche der flüssige Kunststoff nach einem Extruder eintritt und welche der flüssige Kunststoff durch ein Formwerkzeug, insbesondere eine Ringschlitzdüse, wieder verlässt. Dabei weist der Blaskopf einen Schmelzeverteiler zum Verteilen der Kunststoffschmelze auf und wird in seiner Mitte durch einen Luftstrom durchströmt, mit welchem die Kunststoffblase gefüllt und gekühlt wird.
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Ein „Ringdüsenaustritt“ ist die Stelle in einem Blaskopf einer Blasfolienanlage, in der der flüssige Kunststoff den Blaskopf verlässt.
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Vorteilhaft kann damit erreicht werden, dass die Abwärme des Blaskopfes der Absorptionskältemaschine zur Verfügung gestellt werden kann, wodurch die energetische Effizienz der Blasfolienanlage verbessert werden kann und die Produktionskosten für Blasfolien gesenkt werden können.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Dort zeigt
- 1 in schematischer Darstellung eine Kunststoffverarbeitungsanlage mit einer Absorptionskältemaschine.
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Die Kunststoffverarbeitungsanlage 1 in 1 besteht im Wesentlichen aus einer Plastifiziereinheit 2, einem Formwerkzeug 3, einer Absorptionskältemaschine 4 und einer Kühlung 5.
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Die Plastifiziereinheit 2 besteht im Wesentlichen aus einem Extruder 6, mit einer Extruderschnecke 7, einem Extrudergehäuse 8 und einem Einfülltrichter 9, einer elektrischen Antriebsmaschine 10 und einer Isolierung 11.
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Die elektrische Antriebsmaschine 10 ist über eine Drehmomentenübertragung 12 mit dem Extruder 6 verbunden und treibt die Extruderschnecke 7 des Extruders 6 an.
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Im Betrieb der Kunststoffverarbeitungsanlage 1 gelangt das Kunststoffgranulat 13 über den Einfülltrichter 9 in den Zwischenraum 14 zwischen der Extruderschnecke 7 und dem Extrudergehäuse 8. Der Extruder 6 fördert das Kunststoffgranulat 13, schmilzt es auf und homogenisiert die entstehende Kunststoffschmelze 15.
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Die Kunststoffschmelze 15 wird von dem Extruder 6 aus dem Extrudergehäuse 8 ausgetragen und gelangt über die Kunststoffschmelzeleitung 16 in das Formwerkzeug 3, insbesondere eine Ringschlitzdüse (nicht abgebildet) oder eine Schlitzdüse (nicht abgebildet), und wird dort zu einem Kunststoffprodukt (nicht abgebildet) und/oder zu einem Kunststoffhalbzeug (nicht abgebildet) vorgeformt und/oder ausgeformt.
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Die Absorptionskältemaschine 4 besteht im Wesentlichen aus einem Austreiber 17, einem Verdampfer 18 und einem Kernbereich 19, wobei der Kernbereich 19 weitere funktionswesentliche Komponenten (nicht abgebildet) aufweist.
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Der Austreiber 17 der Absorptionskältemaschine 4 ist in direkter Nähe zur Plastifiziereinheit 2 angeordnet und über eine Wärmespeisverbindung (nicht abgebildet) mit der Plastifiziereinheit 2 verbunden, sodass die Abwärme (nicht abgebildet) der Plastifiziereinheit 2 von de, Austreiber 17 der Absorptionskältemaschine 4 genutzt werden kann. Der Austreiber 17 ist mit entsprechenden Verbindungsleitungen 20, 21 mit dem Kernbereich 19 der Absorptionskältemaschine 4 verbunden.
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Der Verdampfer 18 der Absorptionskältemaschine 4 ist in die Kühlung 5 der Kunststoffverarbeitungsanlage 1 integriert und über Verbindungsleitungen 22, 23 mit der Absorptionskältemaschine 4 verbunden, sodass die von dem Verdampfer 18 erzeugte Kälte (nicht abgebildet) in der Kühlung 5 zu der Kunststoffverarbeitungsanlage 1 genutzt werden kann.
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Die Kühlung 5 kühlt das hergestellte Kunststoffprodukt (nicht abgebildet) und/oder das hergestellte Kunststoffhalbzeug (nicht abgebildet) und ist dazu mit Verbindungsleitungen 24, 25 mit dem Formwerkzeug 3 der Kunststoffverarbeitungsanlage 1 verbunden.
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Die Isolierung 11 ummantelt die Plastifiziereinheit 2 und den Austreiber 17, wobei die Isolierung 11 weitgehend verhindert, dass Abwärme (nicht abgebildet) an die Umwelt (nicht abgebildet) abfließt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kunststoffverarbeitungsanlage
- 2
- Plastifiziereinheit
- 3
- Formwerkzeug
- 4
- Absorptionskältemaschine
- 5
- Kühlung
- 6
- Extruder
- 7
- Extruderschnecke
- 8
- Extrudergehäuse
- 9
- Einfülltrichter
- 10
- elektrische Antriebsmaschine
- 11
- Isolierung
- 12
- Drehmomentenübertragung
- 13
- Kunststoffgranulat
- 14
- Zwischenraum
- 15
- Kunststoffschmelze
- 16
- Kunststoffschmelzeleitung
- 17
- Austreiber
- 18
- Verdampfer
- 19
- Kernbereich
- 20
- Verbindungsleitung
- 21
- Verbindungsleitung
- 22
- Verbindungsleitung
- 23
- Verbindungsleitung
- 24
- Verbindungsleitung
- 25
- Verbindungsleitung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2737037 C3 [0009]
- DD 227644 A1 [0010]
- US 2006/0288699 A1 [0011]
- DE 102007039799 B3 [0012]
