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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines wenigstens
einen Kunststoff enthaltenden, insbesondere PVC-freien Pulvers,
eine Vorrichtung zur Herstellung eines wenigstens einen Kunststoff
enthaltenden, insbesondere PVC-freien Pulvers, insbesondere zur
Verwendung in dem Verfahren, sowie eine Verwendung eines insbesondere
mit dem Verfahren hergestellten wenigstens einen Kunststoff enthaltenden,
insbesondere PVC-freien Pulvers.
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Für die Pulverisierung
von Kunststoffen sind unterschiedlichste Verfahren bekannt, wobei
das Vermahlen von Kunststoffen und die Mikrogranulierung am weitesten
verbreitet sind. Die Mikrogranulierung hat sich für die Herstellung
von Kunststoffpartikeln mit Partikelgrößen von größer 500 μm bewährt. Bei kleineren Partikelgrößen stößt dieses
Verfahren jedoch sehr schnell an seine Grenzen. Bislang war es möglich mit
diesem Verfahren Partikel bis rund 300 μm zu erzeugen. Bei der Mikrogranulierung
wird das Ausgangsmaterial beispielsweise in einer inline mit einem
Extruder verbundenen Granulieranlage zu entsprechend kleinen Teilchen
verarbeitet. Dabei kann insbesondere eine Heißabschlagsmikrogranulierung,
z.B. eine Unterwassermikrogranulierung, oder eine Tröpfchengranulierung
verwendet werden.
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Kleinere
Kunststoffpartikeln können
beispielsweise durch Vermahlen von Kunststoff erzeugt werden. Die
Korngröße der einzelnen
Körner
kann dabei auf Werte unterhalb 100 μm oder sogar auf 1 μm eingestellt
werden. Das Vermahlen von Kunststoffen ist sowohl bei Raumtemperatur
als auch bei sehr tiefen Temperaturen möglich und hat sich für viele
Anwendungen bewährt.
Vor allem sehr weiche Kunststoffe werden vorzugsweise kryogen, also
bei sehr niedrigen Temperaturen vermahlen, da sie in diesem Temperaturbereich
eine höhere
Festigkeit aufweisen. Beim Einsatz von flüssigem Stickstoff beim Mahlprozess
ist jedoch sehr schnell die Wirtschaftlichkeit in Frage gestellt.
Darüber
hinaus ist die beim Mahlprozess erhältliche Partikelform sehr unregelmäßig, beispielsweise
faserig, igelförmig
oder zerklüftet.
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Eine
weitere Möglichkeit
zur Herstellung von Kunststoffpulvern bieten Verdüsungsverfahren.
Bei den bekannten Verfahren werden jedoch meist Schmelzen oder Flüssigkeiten
mit sehr niedrigen Viskositäten,
in der Größenordnung
etwa von der Viskosität
von Wasser benötigt.
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Aus
DE 197 58 111 ist ein Verfahren
zur Herstellung feiner Pulver mit vorzugsweise sphärischem Habitus
durch Zerstäuben
von Schmelzen mit Gasen bekannt, bei dem die Schmelze aus einer
Schmelzedüse
ausfließt
und anschließend
mit einem Verdüsungsgas
durch eine zunächst
konvergierende und dann divergierende, laminar durchströmte Gasdüse tritt.
Die Schmelze fließt
durch die Wirkung der Schwerkraft in Form eines Films aus der Schmelzedüse mit im
wesentlichen rechteckigem Austrittsquerschnitt aus und wird anschließend gemeinsam mit
dem Verdüsungsgas
durch die Gasdüse
mit im Wesentlichen rechteckigem Querschnitt in Form einer linearen
Lavaldüse
derart geführt,
dass die laminare, beschleunigte Gasströmung im konvergenten Teil der
Lavaldüse
den Schmelzefilm stabilisiert und gleichzeitig verstreckt, bis nach
Passieren des engsten Querschnitts der Schmelzefilm gleichmäßig über seine
gesamte Länge
zerstäubt
wird. Als Schmelze kann nach der
DE
197 58 111 ein Metall, eine Metalllegierung, ein Salz,
ein Salzgemisch oder ein schmelzbarer Kunststoff verwendet werden.
Die Partikelgröße wird
für die
Verdüsung
von Metallschmelzen mit etwa 10 μm
angegeben.
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Es
hat sich jedoch gezeigt, dass das in
DE 197
58 111 beschriebene Verfahren, das bevorzugt für die Herstellung
von Metallpulvern konzipiert wurde, beim Einsatz von Kunststoffschmelzen
Probleme aufwirft. Es wurde beobachtet, dass höher viskose Kunststoffschmelzen
nur sehr schwer oder gar nicht als Schmelzefilm aus der Schmelzedüse ausfließen können. Ferner
neigen die in der Düse
erzeugten Kunststoffschmelzetröpfchen
nach dem Austritt aus der Düse
zum zusammenkleben. Eine ungleichmäßige Kornform sowie eine unerwünscht breite
Korngrößenverteilung
können
die Folge sein.
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Der
Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für die Herstellung
von Kunststoffpulvern aus viskosen Massen anzugeben, bei dem die
vorgenannten Nachteile beim Stand der Technik wenigstens teilweise überwunden
oder zumindest vermindert werden.
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Diese
Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 und des nebengeordneten Patentanspruchs 35 und hinsichtlich der
Vorrichtung, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens, mit den
Merkmalen des Patentanspruchs 36 gelöst.
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Bei
dem Verfahren zur Herstellung eines wenigstens einen Kunststoff
enthaltenden, insbesondere PVC-freien Pulvers wird in wenigstens
einem Extruder eine viskose Ausgangsmasse hergestellt, wird die
Ausgangsmasse in einer inline mit dem Extruder verbundenen Verdüsungseinrichtung
zu Schmelzetröpfchen
versprüht
und werden die Schmelzetröpfchen
in einer inline mit der Verdüsungseinrichtung verbundenen
Kühleinrichtung
soweit abgekühlt,
dass aus den Schmelzetröpfchen
entstehende Pulverpartikel im Wesentlichen keine Oberflächenklebrigkeit aufweisen.
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Die
Vorrichtung zur Herstellung eines wenigstens einen Kunststoff enthaltenden,
insbesondere PVC-freien Pulvers gemäß Anspruch 36, der fakultativ
auf Anspruch 1 oder einen der von Anspruch 1 abhängigen Ansprüche rückbezogen
ist, umfasst wenigstens einen Extruder zum Herstellen einer Ausgangsmasse,
wenigstens eine mit dem Extruder inline verbundenen Verdüsungseinrichtung
zum Versprühen
der Ausgangsmasse und wenigstens eine inline mit der Verdüsungseinrichtung
verbundene Kühleinrichtung
zum Erzeugen des Pulvers.
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Ein
Hauptvorteil des Verfahrens gemäß der Erfindung
ist, dass sich durch die gezielte Abkühlung der versprühten Ausgangsmasse
bzw. der Schmelzetröpfchen
in der Kühleinrichtung,
bis die erzeugten Pulverpartikeln keine Oberflächenklebrigkeit mehr aufweisen,
die Pulvereigenschaften, beispielsweise sehr feine Partikel mit
einer engen Kornverteilung, sehr genau einstellen lassen. Die Wärmeleitfähigkeit von
Kunststoffen ist im Vergleich zur Wärmeleitfähigkeit von Metallen sehr gering.
Duroplaste und Thermoplaste beispielsweise weisen eine Wärmeleitzahl zwischen
1,47 bis 0,37 kJ/(m h K) auf, Kupfer bzw. Aluminium besitzen dagegen
mit 1344 kJ/(m h K) bzw. 1050 kJ/(m h K) eine sehr viel höhere Wärmeleitzahl
(Kunststoff-Kompendium,
Adolf Franck, 5. Auflage, Würzburg,
Vogel Verlag, 2000). Die in einer Sprühdüse erzeugten Kunststoffschmelzetröpfchen kühlen demnach,
im Gegensatz zu aus einer Metallschmelze erzeugte Tröpfchen,
die nach dem Austritt aus der Düse
sehr schnell zu Pulverpartikeln erstarren, bei gleichen Umgebungsbedingungen
nur sehr langsam ab und die Partikeln weisen sehr lange eine klebrige
Oberfläche
auf. Durch den Einsatz der inline mit der Verdüsungseinrichtung verbundenen
Kühleinrichtung
wird eine kontrollierte Abkühlung
der kunststoffhaltigen Pulverpartikel durchgeführt, so dass die Pulverpartikel
auf ihrem Weg von der Verdüsungseinrichtung
(oder: Hochdruckverdüsung)
zum Austrag aus der Vorrichtung nicht zusammenkleben oder zusammenbacken.
Die Pulvereigenschaften sind in der Kühleinrichtung einerseits durch
die konstruktive Ausgestaltung und andererseits durch die Temperaturführung variierbar.
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Dass
das Verfahren inline durchgeführt
wird, hat den weiteren Vorteil, dass die im Extruder hergestellte
Ausgangsmasse, die in der Regel den Extruder in einem plastifizierten
und homogenisierten Zustand verlässt,
vor der Verarbeitung in der Verdüsungseinrichtung
nicht erneut behandelt werden muss, beispielsweise stark aufgeheizt
oder sogar aufgeschmolzen. Dadurch kann beispielsweise Energie eingespart
werden. Ferner kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren meist verhindert
werden, dass die Ausgangsmasse erneut homogenisiert werden muss.
Beispielsweise kann bei einer aus mehreren Komponenten bestehen
Ausgangsmasse, zum Beispiel ein Compound aus Kunststoffen, Füllstoffen und
Additiven, bei längerem
Lagern oder Stehen leicht eine Entmischung auftreten. Der inline
mit der Verdüsungseinrichtung
Extruder kann zudem als druckerzeugende Einrichtung genutzt werden,
die einen Druck zum Fördern
der Ausgangsmasse durch die Vorrichtung und durch die Verdüsungseinrichtung aufbaut.
Auf diese Weise können
auch höher
viskose Ausgangsmassen als gleichmäßiger Schmelzestrom in die
Verdüsungseinrichtung
geführt
werden. Die Erfindung ermöglicht
zudem hohe Produktionsleistungen bei geringen Kosten.
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Eine
Verwendung des insbesondere in dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten
Pulvers ist in Anspruch 62 aufgezeigt.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den von Anspruch
1 bzw. Anspruch 36 jeweils abhängigen
Ansprüchen.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung
wird die Ausgangsmasse in der Verdüsungseinrichtung mit einem
Verdüsungsgas
durch eine Sprühdüse versprüht. Das
Versprühen
mit einem Verdüsungsgas ermöglicht es
Kunststoffmassen höherer
Viskosität
in sehr feine Schmelzetropfen zu zerteilen. Über die Sprühdüse wird ein hoher Druckgradient
erzeugt, der dazu beiträgt,
dass die viskose Ausgangsmasse in feine Schmelzetropfen zerteilt
wird. Über
die Höhe des
Druckgradienten kann die Tropfengröße eingestellt werden, die
Eigenschaften der Ausgangsmasse (z.B. Temperatur, Zusammensetzung)
und die anschließende
Kühleinrichtung
können
die Tropfenform beeinflussen, so dass beispielsweise entweder annähernd kugelförmige oder
annähernd
faserförmigen Pulverpartikeln
erzeugt werden.
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Als
Sprühdüse kann
vorzugsweise eine konvergierende und ab einem kleinsten Düsenquerschnitt
divergierende Lavaldüse
oder eine Zweistoffdüse
mit einem inneren Strömungskanal
für die
Ausgangsmasse und einem im Wesentlichen um den inneren Strömungskanal
verlaufenden, vorzugsweise konvergierenden, äußeren Strömungskanal für das Verdüsungsgas
eingesetzt werden.
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Wird
als Sprühdüse eine
Lavaldüse
verwendet, so wird beim Durchströmen
des konvergenten Teils der Lavaldüse das Verdüsungsgas zunächst beschleunigt,
da der Strömungskanalquerschnitt
abnimmt (Kontinuitätsgleichung).
Das Verdüsungsgas kann
dann durch Übertragen
von Bewegungsenergie auf die Oberfläche der durch die Lavaldüse fließenden Ausgangsmasse,
die in der Regel in Form eines Schmelzefilms vorliegt, diesen beschleunigen und/oder
in seiner Dicke reduzieren. Die viskose Ausgangsmasse verhält sich
in dem Gasströmungsfeld
des Verdüsungsgases
wie ein mitgeführter Fremdkörper. Dazu
ist es vorteilhaft eine entsprechend große Menge Verdüsungsgas
im Verhältnis zur
Ausgangsmasse vorzusehen.
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Wird
nun die Strömungsgeschwindigkeit
des Verdüsungsgases
in der Lavaldüse
so eingestellt, dass das Verdüsungsgas
im kleinsten Querschnitt der Lavaldüse Schallgeschwindigkeit erreicht,
so nimmt im divergierenden Teil der Lavaldüse im Normalfall die Geschwindigkeit
weiter zu. Das Verdüsungsgas
strömt
also mit Überschallgeschwindigkeit, und
der Verdüsungsgasdruck
fällt nochmals
scharf ab. Die Gasteilchen können
dann den Schmelzefilm nicht mehr stabilisieren und die Ausgangsmasse
wird zerteilt. Die Schmelzetröpfchen
im resultierenden Tropfenstrahl werden dann beispielsweise von der Oberflächenspannung
zu Kugeln geformt und erstarren in der Kühleinrichtung als Pulverpartikeln
von vorzugsweise im Wesentlichen kugelförmiger Gestalt.
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Das
Strömungsverhalten
des Verdüsungsgases
in der Lavaldüse
kann durch geometrische Faktoren, wie das Verhältnis Länge der Sprühdüse zu ihrem Innendurchmesser
oder durch den Druck auf der Eintrittsseite und auf der Austrittsseite
der Lavaldüse
beeinflusst werden. Das Verhältnis
Länge der
Sprühdüse zu ihrem
Innendurchmesser beispielsweise beeinflusst hauptsächlich die
Strömungsart
(laminar oder turbulent) im engsten Querschnitt der Düse.
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Ein
weiterer Vorteil, dass das Verdüsungsgas
mit der Ausgangsmasse über
die Lavaldüse
geführt
wird, ist, dass die Stabilisierung des Schmelzefilms der Ausgangsmasse
durch das Verdüsungsgas das
Anspritzen von Schmelze an die Innenwand der Lavaldüse verhindert,
wodurch Verstopfungen in der Sprühdüse vermieden
werden können.
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Wird
als Sprühdüse eine
Zweistoffdüse
verwendet, so wird die Ausgangsmasse bzw. Schmelze im inneren Strömungskanal
geführt
und das Verdüsungsgas
durchströmt
den äußeren Strömungskanal,
der in der Regel ringförmig
um den inneren Strömungskanal
verläuft.
Das Verdüsungsgas
wird mit hohem Druck in den äußeren Strömungskanal
eingeströmt.
Weist die Zweistoffdüse
einen in Strömungsrichtung
konvergierenden äußeren Strömungskanal auf,
so wird das Verdüsungsgas
zusätzlich
beschleunigt. In einem kleinsten Querschnitt des äußeren Strömungskanals,
beispielsweise der Austrittsöffnung,
kann das Verdüsungsgas
dann maximal Schallgeschwindig keit erreichen. Durch spezielle Einrichtungen
im Strömungskanal,
kann auch eine turbulente Verdüsungsgasströmung erzeugt
werden.
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Nach
dem Austritt aus dem äußeren Strömungskanal
trifft das Verdüsungsgas
dann auf die aus dem inneren Strömungskanal
ausfließende
Ausgangsmasse und zerreißt
diese in Schmelzetröpfchen.
Die Größe der Schmelzetröpfchen ist
sowohl abhängig
von den Eigenschaften der Ausgangsmasse (z.B. Temperatur, Zusammensetzung)
als auch von dem Energieinhalt (z.B. Strömungsgeschwindigkeit) und dem
Strömungsverhalten
(z.B. turbulent oder laminar) des austretenden Verdüsungsgases.
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Besonders
vorteilhaft kann es auch sein, wenn der äußere Strömungskanal der Zweistoffdüse die Form
einer konvergierenden und ab einem kleinsten Düsenquerschnitt divergierenden
Lavaldüse
aufweist. Wird dann die Strömungsgeschwindigkeit
des Verdüsungsgases
in der Lavaldüse
so eingestellt, dass das Verdüsungsgas
im kleinsten Querschnitt der Lavaldüse Schallgeschwindigkeit erreicht,
so wird das Verdüsungsgas
im divergierenden Teil der Lavaldüse bzw. des äußeren Strömungskanals
auf Überschallgeschwindigkeit
beschleunigt und kann beispielweise auch mit Überschallgeschwindigkeit aus
dem Strömungskanal
ausströmen.
In diesem Fall kann auch die bei der Nachkompression freiwerdende
Energie, wenn sich das Verdüsungsgas
nach dem Austritt aus der Lavaldüse
auf Umgebungsniveau einstellt, dazu genutzt werden, den Ausgangsmassestrom
zu versprühen.
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Insbesondere
vorteilhaft ist es, wenn die Ausgangsmasse aus dem Extruder über eine
Förderdüse in die
Verdüsungseinrichtung
geführt
wird. Die Förderdüse kann
direkt in den inneren Strömungskanal
der Zweistoffdüse übergehen.
Die Förderdüse setzt
sich dann entweder in den inneren Strömungskanal fort oder ist mit
diesem lösbar
oder unlösbar verbunden.
Die Ausgangsmasse kann über
die Förderdüse und/oder
den inneren Strömungskanal
der Zweistoffdüse
vorzugsweise in eine Vorkammer in der Verdüsungseinrichtung gefördert werden,
in die das Verdüsungsgas
eingeströmt
wird. Das Verdüsungsgas
trifft dann in der Vorkammer auf die Ausgangsmasse, bevor es gemeinsam
mit dieser aus der Verdüsungseinrichtung
austritt. Die Schmelzetröpfchen
werden in der Regel beim Austritt von Ausgangsmasse und Verdüsungsgas
aus der Verdüsungseinrichtung
erzeugt. Wird als Sprüh düse eine Lavaldüse eingesetzt,
bildet die Lavaldüse
die Austrittsöffnung
aus der Verdüsungseinrichtung,
die Vorkammer ist dann vorzugsweise in Strömungsrichtung vor der Lavaldüse angeordnet.
Bei der Zweistoffdüse kann
die Vorkammer auch entfallen. Verdüsungsgas und Ausgangsmasse
treffen dann erst nach dem Austritt aus der Verdüsungseinrichtung bzw. aus der Sprühdüse aufeinander.
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Im
Extruder wird zunächst
die viskose Ausgangsmasse hergestellt, das bedeutet, das oder die Ausgangsprodukt(e),
wenigstens ein Kunststoff, in der Regel granulatförmig, und
bei Bedarf flüssige oder
feste Zusatzstoffe werden im Extruder gemischt und/oder aufgeschmolzen.
Dieser Vorgang wird auch als Plastifizieren bezeichnet. Das Produkt
aus dem Extruder, also die Ausgangsmasse für den Pulverherstellprozess,
liegt dann idealerweise als annähernd
homogene Masse vor. Diese homogene Ausgangsmasse wird dann in die über die
Förderdüse inline
mit dem Extruder verbundene Verdüsungseinrichtung
gefördert
bzw. geleitet. Der nötige
Förderdruck
kann dabei beispielsweise durch die Extruderschnecken eines Schneckenextruders
erzeugt werden.
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Insbesondere
vorteilhaft ist es dabei, wenn der Extruder und/oder die Förderdüse und/oder
die Vorkammer und/oder die Sprühdüse und/oder
wenigstens eine Gaszuführeinrichtung
beheizt werden können.
Dabei ist es möglich,
dass die Ausgangsmasse im Extruder bei geringerer Temperatur plastifiziert
und in der Förderdüse auf die
Verarbeitungstemperatur in der Verdüsungseinrichtung oder auf höhere Temperaturen
beheizt wird. Ferner ist es mögliche,
die Ausgangsmasse, den Extruder und die Förderdüse und/oder die Vorkammer und/oder
die Sprühdüse auf dieselbe
Temperatur zu beheizen, die eventuell einer Verarbeitungstemperatur
der Ausgangsmasse in der Verdüsungseinrichtung
entsprechen kann. Soll die Fließfähigkeit
der Ausgangsmasse für
ihren Transport zur Sprühdüse verbessert
werden, kann sie sowohl im Extruder als auch in der Förderdüse auf Temperaturen über der
Verarbeitungstemperatur beheizt werden.
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Insbesondere
vorteilhaft ist es auch, wenn die Vorkammer und/oder die Sprühdüse und/oder
die wenigstens eine Gaszuführeinrichtung
gekühlt
wird bzw. werden. Wird beispielsweise die Ausgangsmasse im Extruder
und/oder in der Förderdüse auf Temperaturen
oberhalb der Verarbeitungstemperatur in der Sprühdüse erhitzt, so muss sie in
der Vorkammer und/oder in der Sprühdüse auf die gewünschte Temperatur
abgekühlt
werden.
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Der
Extruder und/oder die Förderdüse und/oder
die Vorkammer und/oder die Sprühdüse und/oder
die wenigstens eine Gaszuführeinrichtung werden
bzw. wird vorzugsweise auf Temperaturen zwischen 150 °C und 500 °C, insbesondere
zwischen 200 °C
und 300 °C,
beheizt. Innerhalb dieser Temperaturintervalle liegt dann auch die
Verarbeitungstemperatur der Ausgangsmasse, jeweils abhängig von ihrer
Zusammensetzung und der gewünschten
Partikeleigenschaften.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
des Verfahrens wird als Verdüsungsgas
Luft oder ein Edelgas, vorzugsweise Argon oder Helium, oder Stickstoff
verwendet. Die Verwendung von Luft als Verdüsungsgas ist besonders kostengünstig. Der Vorteil
in der Verwendung von Stickstoff oder Edelgasen liegt darin, dass
sie sich, abhängig
von der Kunststoffzusammensetzung, inert gegenüber dem Kunststoff verhalten,
also in der Regel keine Reaktionen mit der Ausgangsmasse auftreten.
Das geeignete Verdüsungsgas
ist im Einzelfall abhängig
von der Zusammensetzung der Ausgangsmasse auszuwählen.
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Insbesondere
vorteilhaft ist es, wenn das Verdüsungsgas mit Raumtemperatur
oder erhöhter Temperatur,
insbesondere zwischen 30 °C
und 500 °C,
vorzugsweise zwischen 200 °C
und 300 °C,
insbesondere mit ca. 290 °C
in die Verdüsungseinrichtung
eingeführt
wird. Das Verdüsungsgas
kann beispielsweise in der beheizbaren Gaszufuhreinrichtung auf
die gewünschte
Temperatur erwärmt
werden. Ist die Temperatur des Verdüsungsgases höher als
die Raumtemperatur, so kann die Ausgangsmasse auch durch das Verdüsungsgas
erwärmt
werden. Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn das Verdüsungsgas
mit einer Temperatur in die Verdüsungseinrichtung
eingeführt
wird, die im Wesentlichen der Temperatur der aus der Förderdüse austretenden
Ausgangsmasse entspricht. Dadurch wird eine gleichmäßige Temperaturverteilung
in der Ausgangsmasse erreicht. Ist das Verdüsungsgas kühler als die Ausgangsmasse,
besteht die Gefahr, dass diese in einem Randbereich des Schmelzefilms
abkühlt
und eine Haut bildet, ist das Verdüsungsgas sehr viel wärmer als
die Ausgangsmasse wird die Schmelze im Randbereich des Schmelzefilm
mit großer
Wahrscheinlichkeit bei Kontakt mit dem Verdüsungsgas flüssiger werden als im Kern,
was eine ungleichmäßige Tropfengrößenverteilung
nach der Sprühdüse zur Folge
haben kann.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
des Verfahrens strömt
das Verdüsungsgas
in einem Strömungswinkel
(oder: Anströmwinkel)
zwischen 15° und
85°, vorzugsweise
in einem Strömungswinkel zwischen
45° und
60°, zu
der aus der Förderdüse austretenden
Ausgangsmasse. Das Verdüsungsgas strömt dazu
vorzugsweise mit diesem Strömungswinkel
in die Vorkammer ein oder, insbesondere bei einer Zweistoffdüse ohne
Vorkammer, aus einer Austrittsöffnung
des äußeren Strömungskanals
der Zweistoffdüse
aus. Wird als Sprühdüse eine
Lavaldüse eingesetzt,
hat das Einströmen
des Verdüsungsgases
in solch einem Strömungswinkel
zu der Ausgangsmasse in die Vorkammer der Lavaldüse zur Folge, dass der Schmelzefilm
der Ausgangsmasse stabilisiert wird und der stabilisierte Schmelzefilm
mit dem Verdüsungsgas
in die Lavaldüse
eintritt. Bei der Zweistoffdüse
kann dieser Strömungswinkel
bzw. Anströmwinkel
vorteilhaft sein um eine Zerteilung des Ausgangsmassestroms in Schmelzetröpfchen der gewünschten
Größe zu erreichen.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn das Verdüsungsgas eine höhere Strömungsgeschwindigkeit aufweist
als die Ausgangsmasse. Vor allem beim Einsatz einer Lavaldüse umschließen und
stabilisieren dann die schneller strömenden Gasteilchen den Schmelzefilm
der Ausgangsmasse von beiden Seiten. Ferner kann die aus der Förderdüse oder
aus dem inneren Strömungskanal
austretende Ausgangsmasse bzw. der Schmelzefilm durch den Gasstrom
aus der Verdüsungseinrichtung
geführt und/oder
gegebenenfalls verstreckt werden.
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Besonders
vorteilhaft ist es dann, wenn das Verdüsungsgas in einem kleinsten
Lavaldüsenquerschnitt
oder in einem kleinsten Querschnitt des äußeren Strömungskanal der Zweistoffdüse Schallgeschwindigkeit
erreicht. Das hat bei der als Lavaldüse ausgeführten Sprühdüse oder bei dem als Lavaldüse ausgeführten äußeren Strömungskanal
der Zweistoffdüse
zur Folge, dass bei weiterem Durchströmen der sich dann erweiternden
Düse das
Verdüsungs gas
auf Überschallgeschwindigkeit
beschleunigt wird. Bei der als Lavaldüse ausgeführten Sprühdüse ist das Verdüsungsgas
durch den stark absinkenden Druck dann nicht mehr in der Lage den
Schmelzefilm der Ausgangsmasse zu stabilisieren, so dass dieser in
sehr feine Tröpfchen
zerteilt wird. Bei der als Zweistoffdüse ausgeführten Sprühdüse wird durch die Überschallströmung oder
Strömung
mit Schallgeschwindigkeit, wenn der äußere Strömungskanal den engsten Düsenquerschnitt
an der Austrittsöffnung aufweist,
sehr viel Energie zum Zerstäuben
der Ausgangsmasse zur Verfügung
gestellt.
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Das
Verdüsungsgas
kann die Sprühdüse vorzugsweise
laminar bzw. mit einer Strömung
mit im Wesentlichem laminarem Charakter oder vorzugsweise turbulent
durchströmen.
In der Lavaldüse
ist es gewünscht,
dass das Verdüsungsgas
die Lavaldüse mit
einer Strömung
mit im Wesentlichem laminarem Charakter durchströmt, um den Effekt der Uberschallströmung zu
erzielen. In der Zweistoffdüse
wird in vielen Fällen
eine turbulente Strömung
bevorzugt.
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Um
einen möglichst
großen
Druckgradienten auf beiden Seiten der Sprühdüse zu erreichen und/oder im
engsten Lavaldüsenquerschnitt
Schallgeschwindigkeit zu erzeugen ist der Druck in der Vorkammer
und/oder im äußeren Strömungskanal
vorzugsweise höher
als auf einer Austrittsseite der Sprühdüse, insbesondere mindestens
2 Mal, vorzugsweise mindestens 12 Mal so hoch. Der Druck des Verdüsungsgases
beträgt
dabei in der Vorkammer und/oder im äußeren Strömungskanal vorzugsweise zwischen
1 und 50 bar.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens werden
bzw. wird der Druck in der Vorkammer und/oder im äußeren Strömungskanal
und/oder der Druck auf der Austrittsseite der Sprühdüse und/oder
die Temperatur der Ausgangsmasse so eingestellt, dass aus der Ausgangsmasse
ein Pulver mit einer Korngröße kleiner
300 μm oder
kleiner 50 μm
oder kleiner 20 μm
oder kleiner 1 μm
erzeugt wird.
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In
einer zweckmäßigen Ausführungsform des
Verfahrens gemäß der Erfindung
wird als Kühleinrichtung
ein Sprühturm
verwendet. Die Ausgangsmasse wird über die Sprühdüse vorzugsweise vertikal in
Richtung der Schwerkraft von oben in den Kühlturm eingesprüht. Die
Tropfen kühlen
sich dann auf ihrem Weg in Richtung des Sprühturmbodens zu Pulverpartikeln
ab. Um den Abkühlvorgang
zu beschleunigen ist es zudem möglich
ein Kühlmedium
in den Kühlturm
einzuströmen
oder den Kühlturm
durch eine interne und/oder externe Kühlvorrichtung zu kühlen.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird als Kühleinrichtung
ein Sprührohr
mit wenigstens einer Saugöffnung
zur Ansaugung von Kühlmedium,
vorzugsweise nach dem Venturiprinzip, verwendet. Die Ausgangsmasse
wird dann über
die Sprühdüse in vertikaler
Richtung von oben nach unten oder in horizontaler Richtung in das
Sprührohr eingesprüht. Allein
durch den Verdüsungsgasstrom im
Sprührohr
kann nach dem Venturiprinzip über
die wenigstens eine Saugöffnung
ein Kühlmedium
angesaugt werden, das die Schmelzetröpfchen umströmt und zu
Pulverpartikeln abkühlt.
Durch zusätzliches Erzeugen
eines Unterdrucks im Sprührohr
kann noch mehr Kühlmedium
in das Sprührohr
geführt
werden. Ferner kann ein zusätzliches
Kühlmedium
in das Sprührohr
geführt
werden oder das Sprührohr
durch eine interne/und oder externe Kühlvorrichtung gekühlt werden.
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Als
Kühlmedium
kann für
die Kühleinrichtungen
Sprühturm
und Sprührohr
vorteilhaft Raumluft, Stickstoff, gekühlte Luft oder gekühlter Stickstoff
verwendet werden. Das Kühlmedium
kann im Gleichstrom zu den Schmelzetröpfchen oder im Gegenstrom zu
den Schmelzetröpfchen
durch die Kühleinrichtung
strömen.
Durch die Kühlmediumführung kann
die Geschwindigkeit der Abkühlung
und eventuell auch die Form der Pulverpartikel beeinflusst werden.
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Das
in der Kühleinrichtung
erzeugte Pulver wird anschließend
vorzugsweise in einer Pulverabscheideeinrichtung, insbesondere einem
Zyklon, vom Verdüsungsgas
getrennt und/oder in einer Pulveraustrageinrichtung, insbesondere
einer Schneckenaustragsvorrichtung, weggefördert. Die Pulverabscheideeinrichtung
sowie die Pulveraustrageinrichtung können in der Kühleinrichtung
integriert sein, eine Einheit mit der Kühleinrichtung bilden oder an die
Kühleinrichtung
anschließend
angeordnet sein.
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Insbesondere
vorteilhaft ist es, wenn die Ausgangsmasse wenigstens ein thermoplastisches Elastomer
(TPE) und/oder wenigstens einen Thermoplas ten, ausgenommen PVC,
umfasst. Als Ausgangsmasse kann auch ein Compound aus einem oder
mehreren thermoplastischen Elastomeren (TPE) und/oder einem oder
mehreren Thermoplasten (TP) sowie zusätzlich wenigstens einem Füllstoff und/oder
wenigstens einem Fluid und/oder oder wenigstens einem Additiv und/oder
wenigstens einem Farbstoff hergestellt werden.
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Als
thermoplastisches) Elastomere) kann bzw. können vorzugsweise eines oder
mehrere aus der Styrol-Ethylen-Butylen-Styrol (SEBS), Styrol-Butadien-Styrol (SBS) und
thermoplastisches Polyurethan (TPU) umfassenden Gruppe von thermoplastischen
Elastomeren verwendet werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn
der oder die Thermoplast(en), die der Ausgangsmasse beigemengt wird
bzw. werden, Polypropolylen (PP) und/oder Polyethylen (PE) und/oder
Polybuthylen (PB) und/oder Polystyrol (PS) und/oder Polyethylenterephthalat
(PETP) und/oder Polybutylenterephthalat (PBTP) umfassen.
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Für die Ausgangsmasse
können
dann vorzugsweise 1 bis 100 % Anteile thermoplastisches Elastomer
und/oder 0 bis 80 % Anteile Thermoplast und/oder 0 bis 80 % Anteile
Füllstoffe
verwendet werden.
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Als
Additive) werden bzw. wird vorzugsweise Fließverbesserer und/oder Wärmestabilisatoren und/oder
Lichtstabilisatoren und/oder Alterungsstabilisatoren und/oder Trennmittel
und/oder Antischaummittel und/oder Emulgatoren und/oder Fluide in
die Ausgangsmasse gegeben. Als Farbstoff(e) können bzw. kann Farbpigmente
und/oder Flüssigfarbe und/oder
Farb-Hilfsstoffe
zum Einsatz kommen. Als Füllstoff(e)
wird bzw. werden vorzugsweise Talkum und/oder Kreide und oder Mineralpulver
und/oder Duroplastpulver und/oder Glaspulver und/oder Russ und/oder
Titandioxid und/oder CaCO3 verwendet.
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Bei
dem Verfahren zur Herstellung eines PVC-freien im wesentlichen aus
Kunststoff bestehenden Pulvers, gemäß Anspruch 35, der fakultativ
auf Anspruch 1 oder einen der von Anspruch 1 abhängigen Ansprüche rückbezogen
ist, wird in wenigstens einem Extruder, vorzugsweise einem Einschnecken- oder Doppelschneckenextruder,
ein Compound aus einem oder mehreren thermoplastischen Elastomeren
(TPE), und/oder einem oder mehreren Thermoplasten und/oder Fluiden
und/oder Additiven und/oder Farbstoffen hergestellt und plastifiziert,
ist inline mit dem Extruder eine Hochdruckverdüsung verbunden, mittels derer
im Wesentlichen kugelige Schmelzetröpfchen mit einem Durchmesser
im Wesentlichen kleiner 300 μm
erzeugt werden, werden inline nach der Hochdruckverdüsung in
einer Kühleinrichtung
die Schmelzetröpfchen
soweit abgekühlt, dass
sie keine Oberflächenklebrigkeit
mehr aufweisen und wird das abgekühlte Pulver in einer Pulveraustragseinrichtung
weggefördert.
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Die
Vorrichtung zur Herstellung eines zumindest teilweise Kunststoff
enthaltenden Pulvers umfasst in einer vorteilhaften Ausführungsform
wenigstens eine Sprühdüse. Die
Sprühdüse kann
als konvergierende und ab einem kleinsten Düsenquerschnitt divergierende
Lavaldüse
oder als Zweistoffdüse
mit einem inneren Strömungskanal
für die
Ausgangsmasse und einem im Wesentlichen um den inneren Strömungskanal
verlaufenden, äußeren Strömungskanal
für das
Verdüsungsgas
ausgeführt
sein. Vorteilhaft kann es auch sein, wenn der äußere Strömungskanal der Zweistoffdüse die Form
einer konvergierenden und ab einem kleinsten Düsenquerschnitt divergierenden
Lavaldüse
aufweist.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist die Zweistoffdüse zweiteilig
aus dem inneren Strömungskanal
und einer diesen umschließenden
Kappe aufgebaut, wobei der Raum zwischen innerem Strömungskanal
und der Kappe den äußeren Strömungskanal
bildet und wobei die Kappe wenigstens eine Gaseintrittsöffnung in
den äußeren Strömungskanal
aufweist. Die Kappe kann einen sich in Strömungsrichtung des Verdüsungsgases
verringernden Innendurchmesser aufweisen, so dass der freie Strömungsquerschnitt
für das
Verdüsungsgas
in Strömungsrichtung
kleiner wird und das Verdüsungsgas
dadurch beschleunigt wird. Ferner kann die Kappe an ihrer Innenwand
einen in den äußeren Strömungskanal
hineinragenden Vorsprung aufweisen, der so geformt ist, dass mit
einem korrespondierenden Vorsprung an der Außenwand des inneren Strömungskanals
im äußeren Strömungskanal
eine Lavaldüse
gebildet wird. Die Kappe ist in der Regel an ihren Stirnseiten senkrecht
zur Hauptströmungsrichtung,
also in der Richtung in der die Ausgangsmasse durch die Vorrichtung
strömt,
offen. Der äußere Strömungskanal
der Zweistoffdüse
kann vorzugsweise einen im Wesentlichen ringförmi gen Querschnitt und/oder
der innere Strömungskanal
der Zweistoffdüse
kann vorzugsweise einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweisen.
Der innere Strömungskanal
kann aber auch einen rechteckigen Querschnitt aufweisen, der beispielsweise
dem einer als Breitschlitzdüse
ausgeführten
Förderdüse entsprechen
kann. Sowohl der äußere als
auch der innere Strömungskanal
sind jedoch nicht auf diese Querschnittsformen beschränkt.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn eine Innenfläche des äußeren Strömungskanals glatt ist oder
drallerzeugende und/oder strömungsstörende Einrichtungen
aufweist. Drallerzeugenden und/oder strömungsstörende Einrichtungen können in
die Innenwand der Kappe oder in die Außenwand des inneren Strömungskanals
eingebrachte Vertiefungen oder Erhöhungen in Form von Schlitzen
oder Stegen sein. Die Schlitze oder Stege können parallel oder in einem
vorgegeben Winkel zur Strömungsrichtung des
Verdüsungsgases
oder spiralförmig
um die Innenwand der Kappe bzw. Außenwand des inneren Strömungskanals
verlaufen. Es ist ferner möglich, dass
die Kappe und die Außenwand
des inneren Strömungskanals
mit einem Steg verbunden sind, der Durchtrittsöffnungen für das Verdüsungsgas aufweist, die parallel
oder in einem vorgegeben Winkel zur Strömungsrichtung des Verdüsungsgases
verlaufen. Durch diese Maßnahmen
werden eine Drallströmung
und/oder eine turbulente Strömung
erzeugt. Ist die Innenwand des äußeren Strömungskanals
glatt, so wird das Verdüsungsgas
den Strömungskanal
im Wesentlichen laminar durchströmen.
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Als
Extruder kann vorzugsweise ein Einschnecken- oder ein Doppelschneckenextruder
in der Vorrichtung vorgesehen sein.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn eine Förderdüse vorgesehen
ist, über
die die Ausgangsmasse in die Verdüsungseinrichtung gelangt. Die
Förderdüse kann
insbesondere als Breitschlitzdüse
ausgeführt
sein, wenn die Ausgangsmasse in eine Lavaldüse gefördert werden soll. Die Ausgangsmasse
wird dann als schmaler Schmelzefilm in die Verdüsungseinrichtung eingeführt. Dazu
weist die Förderdüse vorzugsweise
eine im Wesentlichen rechteckige Austrittsöffnung für die Ausgangsmasse auf. Wenn
die Ausgangsmasse in eine Zweistoffdüse gefördert werden soll setzt sich
die Förderdüse vorzugsweise
in den inneren Schmelzekanal der Zweistoffdüse fort. Die Förderdüse kann
dann vorzugsweise einen kreisförmigen
oder einen rechteckigen Querschnitt aufweisen oder auch als Breitschlitzdüse ausgeführt sein.
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Insbesondere
vorteilhaft ist es, wenn die Verdüsungseinrichtung eine Vorkammer
umfasst, in die das Verdüsungsgas
eingeströmt
wird und die in Strömungsrichtung
vor einer Austrittsöffnung
der Verdüsungseinrichtung
angeordnet ist. In der Vorkammer wird die Ausgangsmasse mit dem
Verdüsungsgas zusammengeführt, bevor
sie gemeinsam aus der Verdüsungseinrichtung
ausströmen.
Die Vorkammer ist vorzugsweise annähernd zylinderförmig ausgebildet,
sie kann aber auch eine beliebig andere, geeignete geometrische
Form besitzen, und weist lediglich eine Öffnung für die Ausgangsmasse sowie eine
oder mehrere Öffnungen
für das
Verdüsungsgas
und eine Austrittsöffnung
aus der Verdüsungseinrichtung
auf. Der Ausgangsmassenstrom tritt vorzugsweise auf der der Austrittsöffnung gegenüberliegenden
Seite in die Vorkammer ein, so dass er ohne umgelenkt zu werden
durch die Austrittsöffnung
geführt
werden kann.
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Ist
die Sprühdüse als Lavaldüse ausgeführt, bildet
die Lavaldüse
die Austrittsöffnung
aus der Verdüsungseinrichtung.
In der Vorkammer wird der für den
Druckgradienten über
die Lavaldüse
benötigte Druck
eingestellt. Die Ausbildung der im Wesentlichen abgeschlossenen
Vorkammer hat dabei den Vorteil, dass sich ein hoher Druck vor der
Sprühdüse mit relativ
geringem Aufwand und relativ geringer Gasmenge erzeugen lässt. Ferner
wird in der Vorkammer der Schmelzefilm stabilisiert und verstreckt, bevor
er in die Lavaldüse
eintritt.
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Ist
die Sprühdüse als Zweistoffdüse ausgebildet,
kann die Größe der Vorkammer
durch einen Abstand in Strömungsrichtung
zwischen einer Austrittsöffnung
des äußeren Strömungskanals
und einer Austrittsöffnung
des inneren Strömungskanals
vorgegeben sein oder vorgeben werden, insbesondere durch Verschieben
oder Verdrehen der Kappe oder durch Verschieben oder Verdrehen des
inneren Strömungskanals.
Werden die Austrittsöffnung
des äußeren Strömungskanals
und die Austrittsöffnung
des inneren Strömungskanals
auf eine gleiche Höhe
eingestellt, sprich der Abstand der Austrittsöffnungen ist Null, so entfällt die
Vorkammer und der Verdüsungsgas strom
und der Ausgangsmassenstrom treffen außerhalb der Verdüsungsvorrichtung
aufeinander.
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Die
Förderdüse und/oder
der innere Strömungskanal
verjüngt
sich vorzugsweise in Strömungsrichtung.
Dadurch wird erreicht, dass die Ausgangsmasse mit einem höheren Druck
bzw. höherer Geschwindigkeit
aus der Förderdüse bzw.
dem inneren Strömungskanal
ausgepresst wird, wodurch ein stabilerer Schmelzefilm erzeugt wird.
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Insbesondere
vorteilhaft ist es auch, wenn die Verdüsungseinrichtung Gaszufuhreinrichtungen umfasst,
um das Verdüsungsgas
im Innern der Verdüsungseinrichtung
an den Schmelzestrom der Ausgangsmasse zu führen. Die Gaszufuhreinrichtungen können vorzugsweise
Gaseintrittöffnungen
in die Vorkammer aufweisen, die so ausgerichtet sind, dass das Verdüsungsgas
in einem Strömungswinkel
zwischen 15° und
85°, vorzugsweise
zwischen 45° und 60°, zu der
aus der Förderdüse austretenden
Ausgangsmasse in die Vorkammer einströmt. Bei der Zweistoffdüse entspricht
die Gaseintrittsöffnung
in die Vorkammer dann der Austrittsöffnung des äußeren Strömungskanals.
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Besonders
vorteilhaft ist es auch, wenn die Förderdüse mit einem Teil ihrer Gesamtlänge in die Vorkammer
der als Lavaldüse
ausgebildeten Sprühdüse hineinragt.
Dadurch wird verhindert, dass die aus der Förderdüse austretende Ausgangsmasse entlang
der Innenwand der Vorkammer fließen kann. Ragt die Förderdüse in die
Vorkammer hinein, so weist vorzugsweise die Innenwand der Vorkammer ab
einem bestimmten Abstand von der Förderdüse eine Neigung in Richtung
des in die Vorkammer hineinragenden Endes der Förderdüse auf mit einem Neigungswinkel β zu der aus
der Förderdüse austretenden
Ausgangsmasse. Dadurch wird gewährleistet,
dass das aus den Gaseintrittöffnungen
austretende Verdüsungsgas
direkt auf die aus der Förderdüse austretende
Austrittsmasse geleitet wird, um diese zu umströmen. Der Neigungswinkel entspricht
dabei vorzugsweise dem Strömungswinkel
des Verdüsungsgases.
Die Gaseintrittsöffnungen
befinden sich dann vorzugsweise der Sprühdüse gegenüberliegend, in einem bestimmten
Abstand zur Förderdüse an der
Innenwand der Vorkammer, jedoch nicht in dem im Neigungswinkel geneigten
Bereich der Innenwand.
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In
einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform
weisen bzw. weist der Extruder und/oder die Förderdüse wenigstens eine Heizeinrichtung
auf, um den Ausgangsmassenstrom zu beheizen, so dass dieser zum
einen auf seinem Weg in die Verdüsungseinrichtung
förderbar
bleibt und/oder zum anderen die für den Versprühvorgang
vorgesehene Viskosität
beibehält
und/oder erreicht. Zweckmäßig ist es
auch, wenn die Vorkammer und/oder die Sprühdüse und/oder die wenigstens
eine Gaszufuhreinrichtung wenigstens eine Heizeinrichtung und/oder
wenigstens eine Kühleinrichtung
aufweisen bzw. aufweist. Somit lässt
sich die Temperatur in der gesamten Vorrichtung optimal einstellen.
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Insbesondere
vorteilhaft ist es, wenn die Summe der Querschnittflächen aller
Gaseintrittöffnungen
in die Vorkammer größer ist,
insbesondere wenigstens doppelt so groß, vorzugsweise fünfmal so
groß,
als eine kleinste Lavaldüsenquerschnittfläche der
als Lavaldüse
ausgeführten
Sprühdüse. Dadurch
lässt sich
in der Vorkammer ein hoher Druck aufbauen und gleichzeitig eine
Strömung
mit im Wesentlichen laminarer Charakteristik aufrecht erhalten.
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Die
Lavaldüsenquerschnittfläche selbst
ist vorzugsweise im Wesentlichen rechteckig ausgeführt. Der
aus der Förderdüse bzw.
Breitschlitzdüse austretende
Schmelzefilm kann dann ungehindert in die rechteckige Lavaldüse eintreten.
Ein Vorteil des rechteckigen Lavaldüsenquerschnitts ist auch, dass eine
Vergrößerung der
Kapazität
der Vorrichtung oder ein Scale-up aus dem Labor- oder Technikums-Maßstab beispielsweise
durch Verlängern
der Lavaldüse
entlang der Längsachse
der rechteckigen Querschnittsfläche
relativ einfach möglich
ist. Außerdem
hat der rechteckige Querschnitt den Vorteil, dass ein gleichmäßigerer
Energieeintrag in die Ausgangsmasse zum Versprühen erfolgen kann.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die kleinste Lavaldüsenquerschnittfläche größer ist,
insbesondere bis zu 500 Mal, vorzugsweise 20 Mal größer, als die
Querschnittfläche
einer Austrittöffnung
der Förderdüse. Das
hat den Vorteil, dass ein großes
Verhältnis
Verdüsungsgas
zu Schmelze eingestellt werden kann, so dass die Ausgangsmasse im
Verdüsungsgasfeld
in etwa die Wirkung eines Fremdkörpers
hat und in der Lavaldüse
der größte Anteil
des Lavaldüsenquerschnitts
vom Verdüsungsgas
eingenommen wird.
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Bei
der Zweistoffdüse
ist bzw. sind die Summe der Querschnittflächen aller Gaseintrittöffnungen in
die Kappe der Zweistoffdüse
und die Querschnittsflächen
des äußeren Strömungskanals
größer, insbesondere
wenigstens doppelt so groß,
vorzugsweise fünfmal
so groß,
als eine Querschnittfläche
der Austrittsöffnung
des äußeren Strömungskanals.
Dadurch lässt
sich im äußeren Strömungskanal
und/oder in der Vorkammer eine hoher Druck aufbauen.
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Ferner
ist die kleinste Querschnittfläche
der Austrittsöffnung
des äußeren Strömungskanals
der Zweistoffdüse
größer, insbesondere
bis zu 500 Mal, vorzugsweise etwa 20 Mal größer, als die Querschnittfläche der
Austrittsöffnung
des inneren Strömungskanals
der Zweistoffdüse.
Dadurch wird gewährleistet,
dass eine große
Menge Verdüsungsgas im
Verhältnis
zur aus dem inneren Schmelzekanal austretenden Ausgangsmasse vorhanden
ist, so dass eine optimale Zerstäubung
erfolgen kann.
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In
einer zweckmäßigen Ausführungsform
der Vorrichtung gemäß der Erfindung
ist als Kühleinrichtung
ein Sprühturm
vorgesehen zur Abkühlung
der mit der Sprühdüse versprühten Ausgangsmasse.
Zur Unterstützung
des Abkühlvorgangs
kann über
Eintrittsöffnungen
im Sprühturm
zudem ein Kühlmedium in
die Kühleinrichtung
eintreten oder es kann eine externe Kühleinrichtung zur Kühlung des
Sprühturms vorgesehen
sein.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist als Kühleinrichtung
ein Sprührohr
mit wenigstens einer Saugöffnung,
zur Ansaugung von Kühlmedium,
vorzugsweise nach dem Venturiprinzip, vorgesehen. Die wenigstens
eine Saugöffnung
ist vorzugsweise als Bohrung und/oder Schlitz und/oder Spalt ausgebildet,
wobei der Spalt vorzugsweise durch überlappen zweier Rohrteile
des Sprührohrs mit
unterschiedlich großem
Durchmesser, die mit Abstandhaltern befestigt sind, gebildet wird.
Dabei ist das an die Sprüheinrichtung
anschließende
Rohr vorzugsweise in seinem Durchmesser kleiner als ein teilweise
dieses überlappendes
Rohr des Sprührohrs.
Allein durch den das Sprührohr
durchströmenden
Verdüsungsgas-
und Schmelzestrom kann durch die Saugöffnung nach dem Venturiprinzip
ein vorzugsweise gasförmiges
Kühlmedium
angesaugt werden. Dieser Prozess lässt sich durch Erzeu gen eines Unterdrucks
im Sprührohr
noch zusätzlich
verstärken,
z.B. erzeugt durch ein am Zyklon angeschlossenes Sauggebläse.
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Das
Kühlmedium
kann sowohl im Sprühturm als
auch im Sprührohr
im Gleichstrom zu den Schmelzetröpfchen
oder im Gegenstrom zu den Schmelzetröpfchen durch die Kühleinrichtung
strömen.
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Um
das in der Kühleinrichtung
abgekühlte Pulver
vom Verdüsungsgas
zu trennen und aus der Vorrichtung abzuführen, sind bzw. ist vorzugsweise in
der Kühleinrichtung
oder an diese anschließend eine
Pulverabscheideeinrichtung, vorzugsweise ein Zyklon, und/oder eine
Pulveraustragseinrichtung vorzugsweise eine Schneckenaustragsvorrichtung,
vorgesehen.
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Das
zumindest teilweise Kunststoff enthaltende, insbesondere PVC-freie
Pulver, insbesondere hergestellt nach dem Verfahren nach einem oder mehreren
der Ansprüche
1 bis 35, findet gemäß Anspruch
62 Verwendung zur Herstellung einer Paste oder Suspension, wobei
das Pulver mit einem Fluid, insbesondere einem natürlichen
Pflanzenöl
oder einem Erdölderivat
oder einem paraffinischen Weißöl, vermischt
wird, insbesondere in einem Vakuummischer, und wobei von 5 bis 90
% Pasten- bzw. Suspensions-Anteile Fluid verwendet wird. In einer
vorteilhaften Ausführungsform
wird dem Pulver zudem feinstgemahlene Kieselsäure zugegeben. Die Suspension
kann dann vorzugsweise zur Herstellung eines PVC-freien Spielzeugs,
technischer Gegenstände,
insbesondere Faltenbälge
oder Autotürlehnen oder
Dichtungen oder Förderbänder, Freizeit-
oder Sportartikel, insbesondere Bälle oder Handschuhe, Konsumartikel,
insbesondere Gartenzwerge oder andere Figuren, oder Hygieneartikel
oder Verpackungen oder Planen oder Fußbodenbeläge oder Unterbodenschutzschichten
oder Beschichtungen von Textilien oder Glasgeweben oder von Werkzeuggriffen
oder Kleiderbügeln
oder Gartenzaundrähten
eingesetzt werden.
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Die
mit der Erfindung hergestellten Pulver sind besonders geeignet,
um zu gut fließenden
Pasten oder Suspensionen weiterverarbeitet zu werden, die die bisher
für die
Herstellung von Kunststoffteilen hauptsächlich zum Einsatz kommenden
PVC-Plastisole ersetzen.
-
Je
nach gewünschtem
Härtegrad
des Hohlkörpers
ist den PVC-Plastisolen gemäß dem Stand der
Technik ein Weichmacher in einem Anteil von bis zu über 50%
zuzugeben. Eingesetzt werden diese PVC-Plastisole beispielsweise
für rotationsgegossene
Hohlkörper
in verschiedenen Bereichen wie im Technikbereich als Faltenbälge, Autotürlehnen
etc., im Freizeit- oder Sportbereich als Bälle etc. oder im Consumerbereich
als Gartenzwerge oder Figuren allgemein etc., im Hygienebereich
oder im Spielwarenbereich als Puppen oder Puppenteile. Darüber hinaus
sind Anwendungen als Beschichtungen von Textilien oder Glasgewebe,
bei der Planenherstellung, bei der Fußbodenbelagsherstellung, als
Unterbodenschutz, als Dichtungen, bei der Handschuhherstellung (Tauchen),
bei der Förderbandherstellung,
in der Verpackungsindustrie sowie zur Beschichtung von Werkzeuggriffen
oder Kleiderbügeln
oder Drähten zur
Gartenzaunherstellung möglich.
Bei den fertigen Kunststoffteilen aus PVC ist allerdings eine Migration des
Weichmachers über
die Zeit zu beobachten, die bei erhöhten Temperaturen noch verstärkt auftritt.
Ist der Weichmacher an die Oberfläche eines Kunststoffteils migriert,
kann er auch vom menschlichen Körper
aufgenommen werden. Bei Gebrauchsartikeln aus PVC-Kunststoff und
vor allem bei Kinderspielzeug kann dadurch eine erhebliche Gesundheitsgefährdung ausgehen.
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Diese
höchst
problematische Gefährdung wird
durch die Erfindung vermieden. Das nach dem Verfahren gemäß der Erfindung
hergestellte Pulver lässt
sich zu einer Suspension verarbeiten, die in den gleichen oder ähnlichen
Produktionsprozessen verarbeitet werden kann wie die PVC-Plastisole,
beispielsweise im Rotationsgussverfahren.
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Die
Erfindung wird im Folgenden, anhand von Ausführungsbeispielen und unter
Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen weiter erläutert.
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Es
zeigen jeweils in schematischer Darstellung:
-
1 eine vorteilhafte Ausführungsform
der Vorrichtung gemäß der Erfindung.
-
2 eine abgewandelte Ausführungsform der
Vorrichtung nach 1,
-
3 eine weitere, abgewandelte
Ausführungsform
der Vorrichtung gemäß der Erfindung,
-
4 eine abgewandelte Ausführungsform der
Vorrichtung nach 3.
-
Einander
entsprechende Teile und Größen sind
in den 1 bis 4 mit denselben Bezugszeichen versehen.
-
1 zeigt eine Schnittdarstellung
einer erfindungsgemäße Vorrichtung,
mit einem Extruder 10 und inline in Reihe geschaltet eine
Verdüsungseinrichtung 11 und
eine Kühleinrichtung 12.
Als Extruder 10 kann vorzugsweise ein Einschnecken- oder
Doppelschneckenextruder eingesetzt werden. Im Extruder 10 wird
die Ausgangsmasse 20 hergestellt und plastifiziert. Von
dort gelangt die Ausgangsmasse 20 in eine Förderdüse 15,
die als Breitschlitzdüse
ausgeführt
ist. Der Druck zum Fördern
der Ausgangsmasse 20 aus dem Extruder und durch die Vorrichtung
kann durch die Extruderschnecken, einen Stempel, Schieber, Kolben
oder durch ein Gaspolster erzeugt werden.
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Aus
einer rechteckigen Austrittsöffnung 26 tritt
die Ausgangsmasse 20 dann in die Verdüsungseinrichtung 11 ein
und zwar in eine Vorkammer 16 einer Lavaldüse 13.
Durch die rechteckige Austrittsöffnung 26 wird
die Ausgangsmasse zu einem dünnen Schmelzefilm
geformt. In die Vorkammer 16 wird über Gaszufuhreinrichtungen 27 ein
Verdüsungsgas 21 eingeblasen.
Gaseintrittsöffnungen 28 in
die Vorkammer 16 sind auf der der Lavaldüse gegenüberliegenden
Seite der Vorkammer 16 angeordnet und so ausgerichtet,
dass das Verdüsungsgas 21 in
einem Strömungswinkel α von etwa
45° zu der
aus der Austrittsöffnung 26 austretenden
Ausgangsmasse 20 auf diese auftrifft. Dadurch wird der
Schmelzefilm sehr gut stabilisiert durch die Vorkammer 16 in
die Lavaldüse 13 geführt. Die
Innenwand der Vorkammer 16 ist in einem an die Förderdüse 15 angrenzenden
Bereich zu dem in die Vorkammer 16 hineinragenden Ende
der Förderdüse 15 geneigt.
Der Neigungswinkel β entspricht
im wesentlichem dem Strömungswinkel α des Verdüsungsgases 21 von
rund 45°.
Das Verdüsungsgas 21 wird
auf diese Weise entlang der Innenwand der Vorkammer 16 auf
die aus der Austrittsöffnung
austretende Ausgangsmasse 20 geleitet.
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In
einem kleinsten Lavaldüsenquerschnitt 14 erreicht
das Verdüsungsgas 21 Schallgeschwindigkeit.
Aufgrund des daraus resultierenden Druckabfalls auf einer Austrittseite 17 der
Lavaldüse 13 zerfällt der
Schmelzefilm dann in feine Schmelzetröpfchen, die in der Kühleinrichtung 12,
die in dieser Vorrichtung als Sprühturm 18 ausgeführt ist,
zu Pulverpartikeln abgekühlt
werden. Die Ausgangsmasse wird in der in 1 dargestellten Vorrichtung vertikal
in Richtung der Schwerkraft in den Sprühturm 18 eingesprüht. Die
Tropfen fallen aufgrund der Schwerkraft nach unten und kühlen dabei
zu Pulverpartikeln ab. Der Extruder 10 und die Breitschlitzdüse 15 sind
mit Heizeinrichtungen (hier nicht dargestellt) ausgestattet. In
den Sprühturm 18 können Zufuhröffnungen
für ein
Kühlmedium
sowie interne Kühlvorrichtungen, beispielweise
eine Kühlwendel
oder ein Kühlregister, eingebracht
sein (hier nicht dargestellt). Eine Kühlvorrichtung kann auch an
der Außenseite
(hier ebenfalls nicht dargestellt) des Sprühturms 18 vorgesehen sein,
die Wärmeleitung
erfolgt dann durch die Wand des Sprühturms 18.
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2 zeigt ebenfalls eine Schnittdarstellung einer
abgewandelten Vorrichtung nach 1.
Ein Extruder 10 ist mit einer Verdüsungseinrichtung 11 und
einer Kühleinrichtung 12 in
Reihe geschaltet. Als Kühleinrichtung 12 wird
hier ein Sprührohr 19 verwendet.
Die gesamte Vorrichtung ist hier horizontal ausgerichtet. Die Ausgangsmasse 20 gelangt
aus dem Extruder 10 in eine als Breitschlitzdüse ausgeführte Förderdüse 15.
Aus der rechteckigen Austrittsöffnung 26 tritt
die Ausgangsmasse 20 dann als dünner Schmelzefilm in die Vorkammer 16 der
Lavaldüse 13 ein.
In die Vorkammer 16 wird wie in der in 1 gezeigten Vorrichtung über Gaszufuhreinrichtungen 27 ein
Verdüsungsgas 21 in
die Vorkammer eingeblasen. Die Gaseintrittsöffnungen 28 sind auch hier
so ausgerichtet, dass das Verdüsungsgas 21 in einem
Strömungswinkel α von etwa
45° zu der
aus der Austrittsöffnung 26 austretenden
Ausgangsmasse 20 auf diese auftrifft und die Ausgangsmasse 20 durch
die Lavaldüse 13 führt. Der
Neigungswinkel β der
Innenwand der Vorkammer 16 entspricht wiederum im wesentlichem
dem Strömungswinkel α des Verdüsungsgases
(vgl. 1).
-
In
einem kleinsten Lavaldüsenquerschnitt 14 erreicht
das Verdüsungsgas 21 Schallgeschwindigkeit.
Auf der Austrittseite 17 der Lavaldüse 13 zerfällt der Schmelzefilm
dann in feine Schmelzetröpfchen, die
in der Kühleinrichtung 12,
zu Pulverpartikeln abgekühlt
werden. Das Sprührohr 19 weist
an seinem Umfang eine Saugöffnung 23 zum
Eintritt eines Kühlmediums 22 auf.
Die Saugöffnung 23 ist
als Ringspalt ausgebildet, der dadurch gebildet wird, dass ein an eine
Pulverabscheideeinrichtung 24 angrenzender Teil des Sprührohrs 19 einen
größeren Durchmesser aufweist
ist, als ein an die Verdüsungseinrichtung
angrenzender Teil des Sprührohrs 19.
Beide Sprührohrteile überlappen
sich, so dass sie einen konzentrischen Ringspalt ausbilden, der
als Saugöffnung 23 dient.
Nach dem Venturi-Prinzip wird durch das vorbeiströmende Verdüsungsgas 21 Kühlmedium
durch die Saugöffnung 23 angesaugt.
Dieser Effekt kann auch durch Reduzierung des Innendrucks im Sprührohr 19 unterstützt werden,
z.B. durch ein am Zyklon angeschlossenes Sauggebläse. In das
Sprührohr 19 können zusätzliche
Zufuhröffnungen
für ein
Kühlmedium
sowie interne Kühlvorrichtungen,
beispielweise eine Kühlwendel
oder ein Kühlregister,
eingebracht sein (hier nicht dargestellt). Eine Kühlvorrichtung kann
auch an der Außenseite
(hier ebenfalls nicht dargestellt) des Sprührohrs 19 vorgesehen
sein.
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Die
Pulverpartikel verlassen das Sprührohr 19 in
die mit diesem verbundene Pulverabscheideeinrichtung 24,
die hier als Zyklon ausgebildet ist. Im Zyklon wird das Pulver vom
Verdüsungsgas 21 getrennt
und abgeführt.
-
Beispiel 1
-
Das
Beispiel 1 beschreibt die Herstellung eines Pulvers mit dem Verfahren
gemäß der Erfindung in
der in 1 dargestellten
Vorrichtung. Dazu wird im Extruder 10 eine Mischung aus
70% SEBS, 10% Polypropylen, 5% Talkum, 10% Fluid und 5% weitere Additive
und Farbstoffe plastifiziert und homogenisiert. Die Schmelze verlässt als
Schmelzefilm die Austrittsöffnung 26 der
Breitschlitzdüse 15 mit
einer Temperatur von 270 °C.
Die Austrittsöffnung 26 der Breitschlitzdüse 15 hat
dazu die Maße
0,5 mm × 10 mm.
Durch die Gaszufuhreinrichtungen 27 wird Luft als Verdüsungsgas 21 mit
200 °C und
ca. 20 bar in die Vorkammer 16 eingeblasen. Die Maße der Gaseintrittsöffnung 28 der
rechten und linken Gaszufuhreinrichtung 27 in die Vorkammer 16 sind
jeweils im Querschnitt 20 mm × 10
mm. Die Luft nimmt den Schmelzefilm mit und führt ihn durch die Lavaldüse 13.
Die Lavaldüse 13 hat
im kleinsten Querschnitt die Maße
20 mm × 5
mm. Der divergierende und konvergierende Bereich der Lavaldüse 13 wird
durch eine Krümmung
der Innenwand der Lavaldüse
in einem Radius von 10 mm erreicht. Im kleinsten Düsenquerschnitt 14 der
Lavaldüse 13 erreicht
die Luft Schallgeschwindigkeit.
-
Durch
den Druckabfall und die hohe Gasgeschwindigkeit wird die Schmelze
im divergierenden Bereich der Lavaldüse 13 zu Schmelzetröpfchen von einer
Größe von ca.
20 μm bis
50 μm verdüst. Die Schmelzetröpfchen fallen
frei in den Sprühturm 18 und
formen sich während
des freien Falls durch die Oberflächenspannung zu Kügelchen.
Die Kügelchen kühlen beim
weiteren Fall soweit ab, dass sie an ihren Oberflächen nicht
mehr klebrig sind und werden am Ende des Sprühturms 18 durch eine
Pulveraustragseinrichtung 25 abtransportiert.
-
Beispiel 2
-
Im
Beispiel 2 wird die Herstellung eines Pulvers mit dem Verfahren
gemäß der Erfindung
in der in 2 dargestellten
Vorrichtung beschrieben. Zunächst
wird eine Mischung aus 40% SEBS, 30% Polypropylen, 10% Talkum, 10%
Fluid und 10% weiteren Additiven und Farbstoffen im Extruder 10 compoundiert
und homogenisiert. Die Schmelze verlässt als Schmelzefilm die Austrittsöffnung 26 der
Breitschlitzdüse 15.
Die Schmelze hat eine Temperatur von 290 °C. Die Austrittsöffnung 26 der
Breitschlitzdüse 15 hat
die Maße
1 mm × 20
mm. Durch die Gaszufuhreinrichtung 27 wird Luft als Verdüsungsgas
mit 150 °C
und ca. 20 bar in die Vorkammer 16 eingeblasen. Die Maße der Gaseintrittsöffnung 28 der
rechten und linken Luftzufuhr in die Vorkammer sind jeweils im Querschnitt
40 mm × 10
mm. Die Luft nimmt den Schmelzefilm mit und führt ihn durch die Lavaldüse 13.
Die Lavaldüse 13 hat
im kleinsten Lavaldüsenquerschnitt 14 die
Maße 32
mm × 6
mm. Der divergierende und konvergierende Bereich der Lavaldüse wird
durch eine Krümmung
der Innenwand der Lavaldüse
in einem Radius von 10 mm erreicht. Im kleinsten Lavaldüsenquerschnitt 14 erreicht
die Luft Schallgeschwindigkeit.
-
Durch
den Druckabfall und die hohe Gasgeschwindigkeit wird die Schmelze
im divergierenden Bereich der Lavaldüse 13 zu Schmelzetröpfchen von einer
Größe von ca.
20 μm bis
50 μm verdüst. Die Schmelzetröpfchen werden
in ein Sprührohr 19,
das im Anschluss an die Lavaldüse 13 angeordnet
ist, geblasen und formen sich während
des Fluges durch die Oberflächenspannung
zu Kügelchen.
In einem Bereich, in dem der Kugelformprozess abgeschlossen ist,
befindet sich die Saugöffnung 23,
gebildet aus einem vorderen Bereich des Sprührohrs 19 mit einem
Durchmesser von 300 mm und einem hinteren Bereich des Sprührohrs 19 mit
einem Durchmesser von 350 mm. Die beiden Rohre überlappen ca. 100 mm. Durch
die Luftströmung
im Sprührohr 19 wird durch
den Ringspalt zwischen dem kleineren und größeren Rohrdurchmesser Kühlluft 22 eingesaugt. Die
Kühlluft 22 kühlt die
Kügelchen
weiter ab bis keine Oberflächenklebrigkeit
mehr vorhanden ist. Das Sprührohr 19 ist
insgesamt ca. 10 m lang. Das Sprührohr 19 mündet in
einen Zyklon 24, in dem in herkömmlicher Weise das Pulver und
die Luft getrennt werden. Das Pulver und die Luft werden getrennt voneinander
aus dem Zyklon 24 ausgetragen.
-
3 zeigt in einer Schnittdarstellung
eine weitere abgewandelte Ausführungsform
einer erfindungsgemäße Vorrichtung,
mit einem Extruder 10 und inline in Reihe geschaltet eine
Verdüsungseinrichtung 11 und
eine Kühleinrichtung 12.
Bei der in 3 dargestellte
Vorrichtung ist die Sprühdüse in der
Verdüsungseinrichtung 11 als
Zweistoffdüse 29 mit
einem inneren Strömungskanal 30 für eine im
Extruder 10 hergestellte Ausgangsmasse 20 und
einem äußeren Strömungskanal 31 für ein Verdüsungsgas 21 ausgeführt. Die
Zweistoffdüse
ist zweiteilig aufgebaut. Eine Kappe 33 mit wenigstens
einer Gaseintrittsöffnung
in den äußeren Strömungskanal 31 ist über den
inneren Strömungskanal 30 aufgesetzt.
Zwischen der Kappe 33 und dem inneren Strömungskanal 30 wird
so der äußere Strömungskanal 31 ausgebildet.
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Als
Extruder 10 kann wiederum ein Einschnecken- oder Doppelschneckenextruder
eingesetzt werden. Im Extruder 10 wird die Ausgangsmasse 20 hergestellt
und plastifiziert. Von dort gelangt die Ausgangsmasse 20 in
eine Förderdüse 15,
die sich in den inneren Strömungskanal 30 der
Zweistoffdüse 29 fortsetzt.
Der Druck zum Fördern
der Ausgangsmasse 20 aus dem Extru der und durch die Vorrichtung
kann durch die Extruderschnecken erzeugt werden.
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Durch
eine Gaszufuhreinrichtung 27 wird das Verdüsungsgas 21 in
den äußeren Strömungskanal 31 geführt, der
in Strömungsrichtung
des Verdüsungsgases 21 konvergierend
ausgeführt
ist. Die in 3 dargestellte
Zweistoffdüse
weist keine Vorkammer auf, in der die Ausgangsmasse 20 und
das Verdüsungsgas 21 zusammengeführt werden.
Eine Vorkammer ließe
sich jedoch durch Vorschieben der Kappe 33 in Hauptströmungsrichtung,
also in Strömungsrichtung
der Ausgangmasse 20 in der Vorrichtung auf einfache Weise
bilden. Die Austrittsöffnung 34 würde sich
dann auch in Hauptströmungsrichtung verschieben.
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In
einem kleinsten Querschnitt 32 des äußeren Strömungskanals 31 erreicht
das Verdüsungsgas 21 Schallgeschwindigkeit.
Das Verdüsungsgas 21 strömt dann
in einem Strömungswinkel α von etwa 45° zu der aus
der Austrittsöffnung 34 austretenden Ausgangsmasse 20.
Durch den Druck und die Strömungsgeschwindigkeit
sowie durch den Strömungswinkel
des Verdüsungsgases 21 wird
der Schmelzefilm in sehr feine Tröpfchen zerteilt, die in der
Kühleinrichtung 12,
die in dieser Vorrichtung als Sprühturm 18 ausgeführt ist,
zu Pulverpartikeln abgekühlt
werden.
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Die
Ausgangsmasse 20 wird in der in 3 dargestellten Vorrichtung vertikal
in Richtung der Schwerkraft in den Sprühturm 18 eingesprüht, der dem
in 1 beschriebenen Sprühturm entspricht. Die
Tropfen fallen aufgrund der Schwerkraft nach unten und kühlen dabei
zu Pulverpartikeln ab. Der Extruder 10 und die Förderdüse 15 sind
mit Heizeinrichtungen (hier nicht dargestellt) ausgestattet.
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4 zeigt ebenfalls eine Schnittdarstellung einer
abgewandelten Vorrichtung nach 3.
Die Vorrichtung in 4 unterscheidet
sich von der in 3 beschriebenen
Vorrichtung dahingehend, dass als Kühleinrichtung ein Sprührohr 19 verwendet
wird und die gesamte Vorrichtung horizontal ausgerichtet ist. Ein
Extruder 10 ist mit einer Verdüsungseinrichtung 11 und
einer Kühleinrichtung 12 in
Reihe geschaltet. Die Ausgangsmasse 20 gelangt aus dem Extruder 10 in
Förderdüse 15,
die sich in einen inneren Strömungskanal 30 einer
Zweistoffdüse 29 fortsetzt.
Die Zweistoffdüse 29 in 4 mit dem inneren Strömungskanal 30 für eine im
Extruder 10 hergestellte Ausgangsmasse 20 und
einem äußeren Strömungskanal 31 für ein Verdüsungsgas 21 gleicht
in ihrem Aufbau der in 3 beschriebenen
Zweistoffdüse 29.
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Durch
eine Gaszufuhreinrichtung 27 wird das Verdüsungsgas 21 in
den äußeren Strömungskanal 31 geführt, der
in Strömungsrichtung
des Verdüsungsgases 21 konvergierend
ausgeführt
ist. Die in 4 dargestellte
Zweistoffdüse
weist ebenfalls keine Vorkammer auf. In einem kleinsten Querschnitt 32 des äußeren Strömungskanals 31 erreicht
das Verdüsungsgas 21 Schallgeschwindigkeit.
Das Verdüsungsgas 21 strömt dann
in einem Strömungswinkel α von etwa
45° zu der
aus der Austrittsöffnung 34 austretenden
Ausgangsmasse 20. Durch den Druck und die Strömungsgeschwindigkeit
sowie durch den Strömungswinkel
des Verdüsungsgases 21 wird
der Schmelzefilm in sehr feine Tröpfchen zerteilt, die in der
Kühleinrichtung 12,
die in dieser Vorrichtung als Sprührohr 19 ausgeführt ist,
zu Pulverpartikeln abgekühlt
werden. Das Sprührohr 19 ist
mit dem in 2 beschrieben
Sprührohr 19 vergleichbar.
Die Pulverpartikel verlassen das Sprührohr 19 in die mit
diesem verbundene Pulverabscheideeinrichtung 24, die hier als
Zyklon ausgebildet ist. Im Zyklon wird das Pulver vom Verdüsungsgas 21 getrennt
und abgeführt.
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Beispiel 3
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Das
Beispiel 3 beschreibt die Herstellung eines Pulvers mit dem Verfahren
gemäß der Erfindung in
der in 3 dargestellten
Vorrichtung. Ein Extruder 10 plastifiziert und homogenisiert
eine Mischung aus 70 % SEBS, 10 % Polypropylen, 5 % Talkum, 10 %
Fluid und 5 % weitere Additive und Farbstoffe. Die Ausgangsmasse 20 verlässt als
Schmelzestrang den Schmelzekanal bzw. den inneren Strömungskanal 30 der
Zweistoffdüse 29 mit
einer Temperatur von 270 °C.
Die Öffnung
des Schmelzekanals bzw. inneren Strömungskanals 31 hat
eine Durchmesser von 1,5 mm. Durch die Gaszufuhreinrichtung wird
Luft als Verdüsungsgas 21 mit
270 °C und
ca. 10 bar in den ringförmigen äußeren Strömungskanal 31 eingeblasen.
Die Luft nimmt beim Austrittsbereich der Schmelze aus dem inneren
Strömungskanal 30 den Schmelzestrang
mit und führt
ihn durch die Austrittsöffnung 34 der
Zwei stoffdüse 29.
Die Zweistoffdüse 29 hat
dort im kleinsten Querschnitt eine Fläche von ca. 1,766 mm2. In diesem engsten Querschnitt beim Austritt
aus der Zweistoffdüse 29 erreicht
die Luft Schallgeschwindigkeit. Durch den Druck und die Geschwindigkeit
wird die Schmelze danach zu Schmelzetröpfchen von einer Größe von ca.
20 bis 50 μm verdüst und zerstäubt. Die
Schmelzetröpfchen
fallen frei in den Sprühturm 18 und
formen sich während des
freien Falls durch die Oberflächenspannung
zu Kügelchen.
Die Kügelchen
kühlen
durch eine Gegenstromkühlung
beim weiteren Fall soweit ab, dass sie nicht mehr oberflächenklebrig
sind und werden am Ende des Sprühturmes 18 vom
Pulveraustrag 25 mit einem herkömmlichen Schneckenaustrag abtransportiert.
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Beispiel 4
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Im
Beispiel 4 wird die Herstellung eines Pulvers mit dem Verfahren
gemäß der Erfindung
in der in 4 dargestellten
Vorrichtung beschrieben. Eine Mischung aus 40 % SEBS, 30 % Polypropylen,
10 % Talkum, 10 % Fluid und 10 % weitere Additive und Farbstoffe
wird im Extruder 10 compoundiert und homogenisiert. Die
Ausgangsmasse 20 verlässt
als Schmelzestrang den Schmelzekanal bzw. inneren Strömungskanal 30 der
Zweistoffdüse 29.
Die Ausgangsmasse 20 hat eine Temperatur von 290 °C. Die Öffnung des
Schmelzekanals hat eine Durchmesser von 1,2 mm. Durch die Gaszufuhreinrichtung
wird Luft als Verdüsungsgas 21 mit
250 °C und
ca. 10 bar in den ringförmigen äußeren Strömungskanal 31 eingeblasen.
Die Luft nimmt beim Austrittsbereich der Ausgangsmasse 20 aus
dem inneren Strömungskanal 31 den
Schmelzestrang mit und führt
ihn durch die Austrittsöffnung 34 der
Zweistoffdüse 29.
Die Zweistoffdüse 29 hat
dort im kleinsten Querschnitt eine Fläche von ca. 1,13 mm2. In diesem engsten Querschnitt beim Austritt
aus der Zweistoffdüse 29 erreicht
die Luft Schallgeschwindigkeit. Durch den Druck und die Geschwindigkeit
wird die Schmelze danach zu Schmelzetröpfchen von einer Größe von ca.
10 bis 50 μm
verdüst
und zerstäubt.
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Die
Schmelzetröpfchen
werden in ein Sprührohr 19,
das im Anschluss an die Austrittsöffnung 34 der Zweistoffdüse 29 angeordnet
ist, geblasen und formen sich während
des Fluges durch die Oberflächenspannung
zu Kügelchen.
In einem Bereich, in dem der Kugelformprozess abgeschlossen ist,
befindet sich ein offener Übergang
von dem vorderen Bereich des Sprührohrs 19 mit
einem Durchmesser von 300 mm zu dem hinteren Bereich des Sprührohrs 19 mit
Durchmesser von 350 mm. Die beiden Rohre überlappen ca. 100 mm. Durch
die Luftströmung
im Sprührohr 19 wird
durch die Saugöffnung 23 zwischen
dem kleineren und größeren Rohrdurchmesser
Kühlluft
eingesaugt. Die Kühlluft
kühlt die
Kügelchen
weiter ab bis keine Oberflächenklebrigkeit
mehr vorhanden ist. Das Sprührohr 19 ist
insgesamt ca. 10 m lang. Das Sprührohr
mündet
in ein Zyklon 24, in dem in herkömmlicher Weise das Pulver und
die Luft getrennt werden. Das Pulver und die Luft werden getrennt
voneinander aus dem Zyklon 24 ausgetragen.
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- 10
- Extruder
- 11
- Verdüsungseinrichtung
- 12
- Kühleinrichtung
- 13
- Lavaldüse
- 14
- kleinster
Düsenquerschnitt
der Lavaldüse
- 15
- Förderdüse, Breitschlitzdüse
- 16
- Vorkammer
- 17
- Austrittseite
- 18
- Sprühturm
- 19
- Sprührohr
- 20
- Ausgangsmasse
- 21
- Verdüsungsgas
- 22
- Kühlmedium
- 23
- Saugöffnungen
- 24
- Zyklon,
Pulverabscheideeinrichtung
- 25
- Pulveraustragseinrichtung
- 26
- Austrittsöffnung (der
Förderdüse, Breitschlitzdüse)
- 27
- Gaszufuhreinrichtungen
- 28
- Gaseintrittsöffnungen
in die Vorkammer
- 29
- Zweistoffdüse
- 30
- innerer
Strömungskanal
- 31
- äußerer Strömungskanal
- 32
- kleinster
Düsenquerschnitt
der Zweistoffdüse
- 33
- Kappe
- α
- Strömungswinkel
- β
- Neigungswinkel