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Verfahren und Vorrichtung zum Vorwärmen von pulver-oder granulatförmigen
thermoplastischen Kunststoffen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und
eine Vorrichtung zum Vorwärmen von pulver- oder granulatförmigen thermoplastischen
Kunststoffen, die nach der Vorwärmung in eine die plastische Verformung durchführende
Verarbeitungsmaschine eingeführt werden.
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Die Verarbeitung thermoplastischer Kunststoffe geschah bisher in der
Weise, daß das pulver- oder granulatförmige Material in einen Extruder, einen Kalander
oder eine andere Kunststoffverformungsmaschine eingeführt, etwa auf die Erweichungstemperatur
erwärmt und gleichzeitig oder anschließend durch Druckeinwirkung in das gewünschte
Profil oder die gewünschte Form gepreßt wird und hierin formbeständig erkaltet.
Der Kunststoff wird hierbei in den Verformungsmaschinen dadurch aüf die Erweichungstemperatur
gebracht, daß zusätzlich zur Reibungswärme z. B. der Zylinder der Förderschnecke
eines Extruders von außen oder die Walze eines Kalanders von innen beheizt und die
Wärme durch den Mantel auf die Oberfläche des Kunststoffstranges übertragen wird.
Da Kunststoffe schlechte Warmeleiter sind, ist viel Zeit erforderlich, um den Kunststoffstrang
von seiner Oberfläche bis zum Kern auf die gewünschte Temperatur zu erwärmen. Diese
Aufheizzeit läßt sich auch nicht durch Erhöhung der Heiztemperatur verkürzen, da
bei zu hohen Temperaturen die Strangoberfläche unzulässig stark erwärmt und dadurch
beschädigt wird, während der Wärmetransport zum Kern hin aufgrund der begrenzten
spezifischen Wärmeleitung des Kunststoffes keine wesentliche Beschleunigung erfährt.
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Di erforderllch lange Verweilzeit zum Erwärmen dee
Kunststoffes
begrenzt die Ausstoßleitung der Maschine, da trotz höherem Förderleistungsvermögen
nur so viel Kunststoff durch die Heizzone gefördert werden kann, wie sich tatsächlich
auf die gewünschte Temperatur bis zum Kern aufheizen läßt. Dadurch sind die Förderleistungen
der heute üblichen Verarbeitungsmaschinen begrenzt.
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Um die Leistungsfähigkeit derartiger Kunststoffverformungemaschinen
zu erhöhen, hat man auch schon versucht, die Erwärmung des Kunststoffes außerhalb
der Maschine vorzunehmen und den Kunststoff vorgewärmt der Verformungsmaschine zuzuführen,
so daß die Maschine im wesentlichen nur noch die Formgebungsarbeit zu übernehnen
hat.
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So ist eine Kunststoff-Vorwärmvorrichtung für Extruder bekannt, bei
der der Kunststoff in einen Behälter mit Siebboden eingefüllt und durch von unten
durch den Behälter hindurchgeblasene Warmluft erwärmt wird. Nach der Erwärmung des
Kunststoffes wird der Behälter in den Aufnahmetrichter der Verformungsmaschine entleert.
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In einer solchen Vorrichtung muß die Warmluft längere Zeit auf das
Schüttgut einwirken, um die ganze SchüttUuthöhe von unten nach oben durchwärmen
zu können. Da thermoplastische Kunststoffe bei längere Zeit anhaltender Temperatureinwirkung
auch schon bei Temperaturen unterhalb des Erweichungspunktes durch Strukturänderungen
ihre Eigenschaften verschlechtern und insbesondere zum Kleben nei.en und dadurch
ihre Rieselfähigkeit verlieren, konnte man mit diesen Vorwarmvorrichtungen den Kunststoff
nur auf Temperaturen erhitzen, die weit unter dem Erweichungspunkt liegen. Zwar
wird durch das. H urchdrücken der Warmluft teilweise eine gewisse Auflockerung des
Schüttgutes erzielt, jedoch liegt der größere Teil der Kunststoffteilchen in unmittelbarer
Berührung miteinander, so daß schon unter der Einwirkung von Warmluft mit einer
Temperatur um oder unter dem Erweichungspunkt örtliche Zusammenbackungen und Klumpenbildungen
auftreten, die beim Einbringen des vorgewärmten Kunstatoffe in die Verformungamaschine
zu Schwierigkeiten führen.
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Mit der bekannten Vorwärmeinrichtun£ läßt sich also nur ein Teil der
erforderlichen Wärmemenge auf den Kunststoff übertragen., so daß die restliche Wärme
nach wie vor in der Verformungsmaschine aufzubringen ist. Besonders nachteilig ist
hier auch, daß in der Zeit zwischen dem Erwärmen und dem Verformen Zeitverzögerungen
auftreten, in denen sich das Material wieder abkühlt.
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Bei der ebenfalls bekannten Vorwärmung in Ofenkammern, indie mit Kunststoff
gefüllte Behälter eingeschoben, erwärmt und nach dem Herausnehmen in die Verformungsmaschine
entleert werden treten noch größere Schwierigkeiten auf.
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Es ist außeraem bekannt, die für lip Verarbeitung. in Verformungsmaschinen
bestimmte Kunststoffaenge außerhalb der Maschine in einem hochfrequenten elektrischen
Wechselfeld zu erwärmen. Ein solches s Vorwärmverfabren ist aber tür einen wirtschaftlichen
Einsatz nicht geeignet, da es auf kleine Fördermengen begrenzt ist und vor allen
Dingen die Anschaffungs- und Betriebskosten zu hoch sind.
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Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine einfache
Vorwärmung für Kunststoffe zu schaffen, durch die die in der nachgeschalteten Verformungsmaschine
zu verarbeitende Kunststoffmenge bis auf den Erweichungspunkt erwärmt und die Ausstoßleistung
der Verformungsmaschine damit wesentlich erhöht werden kann.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Vorwärmverfahren
vorgeschlagen, bei dem die Kunststoffteilchen in regelbarer, der Aufnahmefähigkeit
der Verarbeitungsmaschine angepaßter Menge in einem Trägerheißluftstron hoher Geschwindigkeit,
dessen Eintrittstemperatur etwa das zwei- oder mehrfache der Erweichungstemperatur
des Kunststoffes beträgt, einererieselt, während des Mitreifens im Heißluftstrom
bis zum Erweichungspunkt erwärmt und am Ende der Heizstrecke aus dem Heißluftstrom
ausgeschieden werden,w obei sie direkt frei in die Materialeinzugsglieder der Verarbei
tungsmaschine fließen.
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Durch das Mitreißen der Kunststoffteilchen im Herißluftstrom
sehr
hoher Temperatur kann dem Kunststoff trotz seiner schlechten Wärmeleitfähigkeit
in wenigen Sekunden oder in Bruchteilen von Sekunden die zum. Erreichen des rweichungspuntes
nötige Wärmemenge zugeführt werden. Jedes einzelne vom Heißluftstrom mitgerissene
Kunststoffteilchen ist ganz von der Heißluft umhüllt, so daß die Wärme von der Heißluft
auf die gesamte rela-tiv große Oberfläche der Kunststoffteilchen übertragen wird
und infolge der allseitigen Einwirkung und der geringen Eindringtiefe sehr schnell
bis zum Kern der einzelnen Kunststoffkörnchen vordringen kann. Durch die hohe Geschwindigkeit
des Heißluftstromes wird eine sichere Mitnahme auch größerer Kunststoffteilchen
gewährleistet und gleichzeitig werden durch die größere Relativgeschwindigkeit zwischen
den Kunststoffteilchen und der Heißluft die die Kunststoffteilchen umhüllenden,
isolierenden Grenzluftschichten aufgerissen, wobei die Kunststoffteilchen ständig
von anderer nachströmender Heißluft umspült werden, so daß ein intensiver Wärmeaustausch
stattfindet.
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Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß eine hohe Heißlufttemperatur,
auch wenn sie das mehrfache der Kunststoff-Erweichungstemperatur beträgt, sich dann
nicht schädlich auf die Oberfläche der Kunwt sloffteilchen auswirkt, wenn sie nur
eine sehr kurze Zeit auf den Kunststoff zur Einwirkung kommt. Bei dem erfindungsgemäX3en
Verfahren kommt die Heißluft mit der hohen Sintrittstemperatur an der Einrieselstelle
mit den kalten und sich noch nicht in Strömungsrichtung bewegenden Kunststoffteilchen
in Berührung, 80 daß an dieser Stelle der höchsten Temperaturdifferenz und der größten
Relativbewegung zwischen Heißluft und Kunststoffteilchen der größte Wärmeübergang
auftritt.
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Dadurch -fällt die Lufttemperatur sofort ab, wodruch die hocherhitzte
Heißluft nur schockartig auf den Kunststoff und nicht oberflächenschädigend einwirkt.
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Bei der vorgeschlagenen hohen Vorwärmung bis zum Erweichungspunkt
muß damit gerechnet werden, daß die
Kunststoffteilchen klebrig werden.
Da die Heißluft die einzelnen Kunststoffteilchen weitgehend umhüllt, können sie
jedocli während des Erwärmungsvorganes im Luftstrom durch ihren Abstand voneinander
nicht aneihanderkleben.
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Außerdem werden die sich zufällig berührenden Kunststoffteilchen von
der gegenüber den Kunststoffteilchen schneller strömenden Luft wieder auseinandergerissen.
Dadurch, daß gemäß der Erfindung die anschließend aus dem Heißluftstrom ausgeschiedenen
Kunststoffteilchen unter Ausnutzung ihrer Bewegungsenergie direkt frei in die Materialeinzugsglieder
der Verarbeitungsmaschine fließen und die erwärmte Kunststoffmenge in Abhängigkeit
vom jeweiliegen Fördervermbeen der Verarbeitungsmaschine sofort geregelt wird, bleiben
die Kunststoffteilchen nicht nur im Hißluftutrom, sondern auch nach der Abscheidung
aus der Heißluft bis zum Einfallen in die Einzugsglieder der Verarbeitungsmaschine
stNndig in Bewegung und können nicht miteinander verkleben. Beim Abscheiden vom
ileißluftstrom werden die Kunststoffteilchen im aufgelockerten Zustand zueinander
verwirbelt und bleiben beim freien Einfließen in die Materialeinzugsglieder der
Verarbeitungsmaschine durch Luft voneinander getrennt. Da die Abscheidung in he
des Einlaufes der Verarbeitungsmaschine erfolgt, ist die Falistrecke für die @Kunststoffteilchen
im übrigen sehr gering und kann ganz entfalen, wenn die Abscheidung direkt im Ein@auf
der Verarbeitungzmaschine erfolgt. Auch im Einlauf der Verarbeitungamaschine kommen
die Kunststoffteilche nicht zur Ruhe, sondern werden nofort weiter befördert und
verformt, so das durch die Mengenregelung am Manchineneinlauf keine ruhenden, zu
BrUcken- und Klwnpenbildungen neigende Kunststoffanhäufungen auftreten können.
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In Weiterentwicklung der Erfindung wird vorgeschlagen, den Heißluftstrom
in abhälngigkeit von der an die Kwistatoffteilchen abgegebenen Wärmemengu auf aelnem
Wege durch die Heizntrecke einoder mehrmuls durch Zuführen von Zunntzhel@@luft höherer
Temperatur uurruheizen. re durch werden die eingerienelten Kunst@toffteilchen auf
inrem Wogen durch de Helzutrecke mchrmnls einem Hitseschock
ausgesetzt,
so daß die Wärmeübertragung beschleunigt wird. So lassen sich auch großkörnige Kunststoffteilchen
mit im Verhältnis zur Eindringtiefe kleiner Oberfläche und Kunststoffe mit extrem
schlechter Wärmeleitung in wenigen Sekunden auf die Erweichungstemperatur erhitzen.
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Eine besonders zweckmäßige Vorrichtung zur Durchführung des vorgeschlagenen
Vorwärmverfahrens wird darin gesehen, daß die von der Heißluft durchströmte Heizstrecke
als in einem fahrbaren Behälter untergebrachtes gewundenes Förderrohr ausgebildet
ist, an dessen Eintrittsende sich eine Heißluft-Zuführungsleitung und eine Aufgabevorrichtung
für die Kunststoffteilchen und an dessen im oberen Bereich des Behalters angeordneten
Austrittsende sich ein aus dem Behälter so weit vorragender Abscheider für die Trennung
der Kunststoffteilchen von der Warmluft befindet, daß die Kunststoff-Austragöffnung
unmittelbar über den Einlauf der Kunststoffverarbeitungsmaschine bringbar ist.
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Ein solches Vorwärrtigerät läßt nich baulich auf engem Raum unterbringen
und kann leicht an jede beliebige Kunststoffverarbeitungsmaschine herangefahren
werden.
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Die Kunststoffteilchen, die Ueber einen tiefliegenden Aufgabebehälter
der Aufgabevorrichtung zugefUirt werden können, durchströmen @@sammen mit der Heißluft
das gewundene Förderrohr, werden schnell hoch erhitzt und treten mit der Erweichungstementperaur
kontinuierlich derart aus dem unmittelbar über den Einlauf der Verarbeitungsmaschine
fahrbaren, Abncheider aus, daß sie frei von oben direkt in die Einzugsglieder der
Verarbeitungsmaschine fließen und ohne Wärmeverluste sofort weiter verarbtitet werden
kennen. Der zum Einführen des Kunststoffes in die Verarbeitungamaschine normulerweise
eriorderliehe Förder-und Beachickungsvorgand wird so von dem Vorwärmgerät mit übernommen
Wird Zuasatzheißluft gewünscht, @o läßt sich diese in einfacher Welae durch eine
oder mehrere Zwel@leitungen,
die in das gewundene Förderrohr einmünden,
in den Trägerluftstrom einführen.
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Damit mit Sicherheit gewährleistet ist,- daß sich im Einlauf der Verarbeitungsmaschine
keine brücken- und klumpenbildenden Anhäufungen ergeben, wird weiterhin vorgeschlagen,
die Aufgabevorrichtung mit einem Zutéiler zu versehen, der einen Fördermengen-Regler
aufweist, welcher über eine Fernsteuerleitung mit einem in den Einlauf der Verarbeitungsmaschine
eingebauten, in Abhängigkeit vom Füllungsgrad dieser Maschine selbsttätig ansprechenden
Impulsgeber in Verbindung steht. Beginnt der vorgewärmte Kunststoff sich im Einlauf
der Maschine zu stauen, so wird vom Impulsgeber ein die Fördermenge reduzierender
Verstellimpuls auf den Regler des Zuteilers der Vorwärmvorrichtung übertragen, wodurch
innerhalb von Sekunden weniger Kunststoffteilchen in den Maschineneinlauf einfließen.
Bei zu großer Entleerung des Einlauf 5 der Verarbeitungsmaschine dagegen wird über
den Impulsgeber und den Zuteilregler selbsttätig sofort die Fördermenge gesteigert,
so daß der Maschineneinlauf nicht leerlaufen kann.
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Vorzugsweise wird als Impulsgeber ein auf die Höhe der Kunststofansamnlung
im Einlauf der Verarbeitungsmaschine, z. B. am Schneckeneingang eines Extruders
oder zwischenden Einzugswalzen eines Kalanders ansprechender Fühler vorgesehen.
Die in den Einlauf der Verarbeitungsmaschine fliegenden Kunststoffteilchen bilden
an der Einzugsstelle in die Verformungsglieder e1nen kleinen Wulst, dessen Höhe
als Maß für den- Füllungsgrad der Maschine in einfacher Weise vom Fühler abgetastet
werden kann Wird die-vom Zuteiler in den Heißluftstrom eingeführte Kunststoffmenge
geringer, so gibt die Heißluft ihre Wärmemenge an eine geringere Kunststoffmenge
ab, wodurch die Kunststoffteilcehn höher erhitzt werden. Bei Vergrößerung der Zuteilmeng
dagegen wird die Kunststofftemieratur absinken. Um mit Sicherheit zu gewährleisten,
daß die Temperatur der in den Einlauf der Verarbeitungsmaschine einflie
3enden
Kunststoffteilchen auch bei unterschiedlicher Fördermenge nahezu konstant bleibt,
wird in Weiterentwicklung der Erfindung vorgeschlagen, je einen mit elektrischen
Ileizelementen versehenen Lufterhitzer für die Träger-und Zusatzheißluft vorzusehen
und im Einlauf der Verarbeitungsmaschine einen Temperaturfühler für die erhitzten
Kunststoffteilchen anzuordnen, der über eine Steuerleitun-g mit einem auf die gewünschte
Kunststofftemperatur eingestellten, selbsttätig ansprechenden Regler für den Heizstufenschalter
der Lufterhitzer in Verbindung steht.
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Der Temperaturfühler, der ständig die Temperatur der abgeschiedenen
Kunst stoffteil ehen im Einlauf der Verarbeitungsmaschine mißt, überträgt diese
auf den Regler des Lufterhitzers, der-selbsttätig einen Verstellimpuls auf den lleizstufenschalter
auslöst, sobald die gemessene Kunststofftemperatur vom eingestellten Sollwert abweicht.
Dadurch wird die im Lufterhitzer an die Luft übertragene Wärmemenge geregelt, sö
daß bei abnehmender Kunststoff-Fördermenge die Temperatur des Heißluftstromes im
Förderrohr geringer und bei zunehmender Fördermenge höher wird.
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Damit die Temperaturregelung einfach wird, wird weiterhin vorgeschlagen,
den Temperaturtühler nur mit dem Regler für den Heizstufenschalter des Lufterhitzers
zu verbinden, der die größere Wärmeleistung aufweist. Der andere Lufterhitzer mit
der geringeren Wärmeleistung, der keinen so großen Einfluß auf die Temperaturlegelung
dusüben könnte,-kann dadurch unabhängig von der Temperaturreglung konstant betrieben
werden.
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Wird die aufgegebene Kunststoffmenge plötzlich wesentlich vermindert,
so kann die erforderliche starke Verminderung der Wärmeabgabe im Lufterhitzer infolge
der Speichervvärme trotz sofortiger Verringerung der Heizleistung nicht plötzlich
erfolgen, sondern wird eine kurze Überbrückungszeit erforderlich machen, während
der die GeFahr besteht, daß die in dieser Zeit geförderten Kunststoffteilchen überhitzt
werden. Wird die
Kunststoffzufuhr kurzzeitig ganz abgeschaltet,
so kann in dieser Überbrückungszeit noch so viel Speicherwärme im Lufterhitzer an
die Luft abgegeben werden, daß das Förderrohr unzulässig stark erhitzt wird, wodurch
bei Wiedereinsetzung der Kunststofförderung die Kunststoffteilchen an den Umlenkstellen
des Förderrohres ankleben können und durch die Rückübertragung der Wärme vom Förderrohr
an den Luft-Kunststoffstrom zu heiß werden.
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Um solche Überhitzungs zu vermeiden, wird vorgeschlagen, bei plötzlich
auftretender wesentlicher Verminderung oder kurzzeitiger Abschaltung der Kunststoffzufuhr
dem Heißluftstrom entsprechend einer verminderten Wärmeabge Kaltluft am Anfang des
Förderrhores zuzufähren.
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Diese Kaltluftmenge wirkt sofort und gleicht während der Überbrückungszeit
die durch die Speicherwärme im Lufterhitzer bedingte zu starke Lufter2ärmung aus.
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Ist die Vorwärmvorrichtung kalt, so muß sie,- bevor mit der Kunststofferwärmung
begonnen werden kann, angeheizt werden, Da die Masse der anzuheizenden Teile, insbesondere
die des Förderrohres verhältnismäßig groß ist und die-Aufwärmung des Förderrohres
zunächst im wesentlichen am Förderrohranfang erfolgt und zum Förderrohrende hin
verzögert stattfindet, ist eine verhältnismäßig lange Anheizzeit erforderlich, bis
der Temperaturverlauf im Förderrohr dem des Dauerbetriebes ähnlich ist0 Während.
die ser Anheizzeit wird normalerweise kein Kunststoff aufgegeben, da er noch nicht
auf die gewünschte hohe Temperatur erhitzt werden kann.
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Um die Wartezeit für das Anheizen abzukürzen, wird in Weiterentwicklung
der Erfindung vorg-eschlagen, während des Anheizvorganges Heißluft mit höherer Temperatur
als beim Dauerbetrieb in das Förderrohr einzublasen und bereits während des Anneizvorganges
mit der Kunststoffaufgabe zu beginnen, sobald die für den Dauerzustand maßgebende,
sich aus den unterschiedlichen Temperaturen an den verschiedene Stellen des Förderrohres
ergebende
mittlere Wandtemperatur erreicht ist, ohne daß die innere
Wandtemperatur am Anfang des Förderrohres über der zulässigen Berahrungstemperatur
des zu vèrarbeitenden Kunststoffes liegt. Mit der Kunststoffaufgabe braucht somit
nicht gewartet zu werden, bis. der Temperaturverlauf im Förderrohr dem des Betriebszustandes
entspricht, sondern die Kunststofferwärmung ist bereits möglich, sobald die sich
aus den Wandtemperaturen an den verschiedenen Stellen des Förderrohres ergebende
mittlere Wandtemperatur erreicht ist. Dadurch wird der Beginn der Kunststoffaufgabe
in den Anheizvorgang vorverlegt. Die höhere Erwärmung im vorderen Bereich des Förderrohres
wird hierbei durch die niedrigere Erwärmung im hinteren Teil des Förderrohres ausgeglichen,
wobei durch, die Begrenzung der inneren Wandtemperatur am Förderrohranfang die Gewähr
dafür gegeben ist, daß die Kunststoffteilchen nicht an der Wandung ankleben oder
durch örtliche Überhit-zungen beschädigt werden.
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Damit die innere Wandtemperatur am Förderrohranfang nicht über die
zulässige Berührungstemperatur des Kunststoffes ansteigen kann, wird außerdem vorgeschlagen,
dem Heißluftstrom bei Erreichung der zulässigen Wandtemperatur soviel Kaltluft beizumischen,
daß die Wandtemperatur an dieser Stelle konstant bleibt.
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Weitere Einzelheite und Vorzüge der Erfindung werden anhand von Ausführungsbeispielen
näher erläutert, die die Zeichnung erkennen läßt, und zwar zeigt: Fig. 1 ein Schalt
schema der Vorwärmvorrichtung zur Durchführung-des erfindungsgemäßen Verfahrens>
Fig. 2 die konstruktive Ausbildung der Vorwärmvorrichtung im Längss-chnitt, Fig.
3 die Vorwärmvorrichtung nach Fig. 2 in Seitenansicht im Schnitt, Fig. 4 den Zyklonabscheider
für die Kunststoffteilchen, Fig. 5 den Abscheider nach Lindie V - V der Fig. 4 im
Querschnitt,
Fig. 6 einen durch den Einlauf der Verarbeitungsmaschine
gebildeten Abscheider, Fig. 7 den Lufterhitzer für die Vorwärmvorrichtung, teilweise
im Längsschnitt, Fig. 8 den Lufterhitzer nach Fig. 7 im Querschnitt, Fig. 9 die
Aufgabevorrichtung für den Kunststoff im Längsschnitt und Fig. 10 die Aufgabevorrichtung
nach Linie X. - X der Fig. 9 im Querschnitt.
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Aus den in der Fig. 1 dargestellten Schaltschema der Vorwärmvorrichtung
geht hervor, daß die Heißluft über die Zuführungsleitung 1 in das gewundene Förderrohr
2 eingeblasen wird. An der Aufgabestelle 3 werden die zu erwärmenden Kunststoffteilchen
in den Heißluftstrom eingerieselt. Die vom Heißluftstrom mitgerissenen Kunststoffteilchen
werden auf ihrem Wege durch das Förderrohr 2 erwärmt und anschließend im Zyklonabscheider
4 über die hustrittsöffnung 5 aus dem Warmluftstrom ausgeschieden. Die Abluft tritt
über den Luftaustrittsstutzen 6 und den Filter 7 nach oben. aus dem Abscheider 4
aus. Die Austrittsöffnung 5 des Abscheiders ist unmittelbar über den Einlauf 8 der
Kunststoffverarbeitungsmaschine 9 angeordnet, die im Ausführungsbeispiel einen Extruder
darstellt, dessen Kunststoffeinzugsglieder durch eine Aufgabeschnekke 10 gebildet
werden.
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Die aus dem Abscheider 4 austretenden bis auf die Erweicliungstemperatur
vorgewärmten Kunststoffteilchen fließen unter Ausnützung ihrer Bewegungsenergie
direkt in den Einlauf 8 des Extruders 9 und werden sofort von der Aufgabeschnecke
10 erfaßt und knetend in den Extruder eingezogen. Hierbei bildet sich normalerweise
an der Einzugsstelle der Schnecke im Einlauf 8 ein kleiner über die Schneckengänge
hervorstehender Knetwulst 11, der den ausreichenden Füllungsgrad der Verarbeitungsmaschine
anzeigt. Ändert sich die in die~Verarbeitungsmaschine eingezogene Kunststoffmenge,
so wird der Knetwulst 11 entweder verschwinden, so daß die Maschine ganz
oder
teilweise leerläuft, oder anwachsen, wodurch die Gefahr besteht, daß die bis auf
die Erweichungstempe ratur erwärmten Kunststoffteilchen sich im Einlauf 8 stauen,
zu Klumpen verkleben und dadurch den Einlauf verstopfen. Um derartige Verstopfungen
des Einlaufes 8 oder ein Leerlaufen der Verarbeitungsmaschine 9 zu vermeiden, wird
die an der Aufgabestelle 3 eingerieselte KunststoPfmenge in Abhängigkeit von der
Höhe des Wulstes 11 selbstätig geregelt.
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Für diese Mengenregelung ist ein Wulsthöhentaster 12 im Einlauf 8
angeordnet, der über eine Fernsteuerleitung 13 mit dem Regler 14 des an der Aufgabestelle
3 vorgesehenen Zuteilers 15 in Verbindung steht. Wird die Höhe des Wulstes 11 größer,
so wird vom Taster 12 selbsttätig ein Verstellimpuls auf den Regler 14 übertragen,
der das den Einlaufquerschnitt für den Kunststoff bestimmende Verstellglied 16 des
Zuteilers 15 einschiebt und damit die Aufgabemenge drosselt. Wird der Wulst 11 zu
klein so gibt das Verstellglied 16 über den Regler 14 selbsttätig einen größeren
Einlaufquerschnitt an der Aufgabestelle 3 frei.
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Die dem Förderrohr 2 über die Zuführungsleitung 1 zugeführte Trägerheißluft
wird im Lufterhitzer 17 erhitzt, während für die Erwärmung der Zusatzheißluft ein
Bufterhitzer 18 vorgesehen ist. Die aus dem Lufterhitzer 18 austretende Zusatzheißluft
wird über die Zuleitung 19 an den Einblasstellen 20 und 21 in das Förderrohr 2 eingeführt,
Die zu erwärmende Kaltluft strömt den Lufterhitzern 17, 18 über den Kaltluftanschluß
22 zu. Die Trä-. gerkaltluft wird über die Zweigleitung 23 und Regel ein richtung
24 in den Lufterhitzer 17, und die Zusatzkaltluft wird über Zweigleitung 25 und
Regeleinrichtung 26 in den Lufterhitzer 18 eingeblasen. Durch die Regelvorrichtungen
24 und 26 kann Druck und Menge der Kaltluft eingestellt werden. Der Druck der Kaltluft
ist an den Manometern 27 und 28 ablesbar. In den Lufterhitzern 17 18 sind elektrische
Heizelemente 29 zur Erwärmung der Kaltluft
vorgesehen, die über
elektrische Leitungen 30 und 31 an die Heizstufenschalter 32 und 33 angeschlossen
sind.
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Die Stromzuführung erfolgt über die elektrische Zuleitung 34.
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Um zu verhindern, daß bei sich ändernder Menge an der Aufgabe stelle
3 oder sich änderndem Aufgabe zustand des Kunststoffes die Temperatur der erwärmten
Kunststoffteilchen im Einlauf 8 der Verarbeitungsmaschine. 9 über die zulässige
Grenze ansteigt oder zu niedrig wird, ist eine Temperaturregelung vorgesehen, die
in Abhängigkeit von der Temperatur der erhitzten Kunststoffteilchen selbsttätig
die Heizleistung der Lufterhitzer 17, 18 und damit die Heißlufttemperatur steuert.
Zu diesem Zweck ist im Masc.hineneinlauf; 8 ein Temperaturfühler 35 vorgesehenn,
der über Steuerleitungen 36 und 37 mit den Temperaturreglern 38 und 39 in Verbindung
steht. Diese Temperaturregler 38, 39 verändern selbsttätig die Stellung der Heizstufenschalter
32, 33 und steuern damit die Heizleistung der Lufterhitzer 17, 18, Damit die Temperaturregelung
einfacher wird, kann man einen der Regler 38 oder 39 abstellen und den zugehörigen
Lufterhitzer konstant betreiben, so daß nur die Heizleistung des anderen Lufterhitzers,
vorzugsweise des größeren, geregelt wird.
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Wird die Kunststoffaufgabe an der Aufgabe stelle 3 durchden Zuteiler
15 plötzlich wesentlich vermindert oder ganz abge-stellt, so wird zwecks Vermeidung
einer Überhitzung am Anfang des Förderrohres 2 über ein Einblasrohr 40 Kaltluft
in den Heißluftstrom eingeblasen, derern Menge in Abhängigkeit von der Temperatur
am Anfang des Förderrohres 2 gesteuert wird. Hierfür ist eia Temperaturfühler 41
vorgesehen, der über die Leitung- 42 und den Regler 43 selbsttätig das Mengenventil
44 betätigt, dem die Kaltluft über die Zuleitung 45 zugeführt wird.
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Damit beim Anhezen des kalten Förderrohres 2 auf die Betriebstemperatur
nicht zu lange mit der Kunststoffaufgabe gewartet zu werden braucht, wird beim Anheizen
mit erhöhter Heißlufttemperatur gearbeitet und mit der
Kunststoffaufgabe
bereits begonnen, wenn die -sich aus den unterschiedlichen Temperaturen an den verschiedenen
Stellen 41 und 46 - 49 des Förderrohres 2 ergebende mittlere Wandtemperatur der
mittleren Wandtemperatur des Förderrohres im Dauerbetrieb entspricht. Die Temperaturen
an den Stellen 41 und 46 - 49 des Förderrohres 2 werden über die Leitungen 50 -
56 auf ein Auswert- und Anzeigegerät 57 übertragen, das direkt die mittlere Wandtemperatur
des Förderrohres anzeigt. Damit die Wandtemperatur am Anfang des Förderrohres beim
Anheizen mit der höher erhitzten Heißluft nicht über die für den Kunststoff zulässige
Berührungstemperatur ansteigt, wird auch beim Anheizvorgang selbsttätig Kaltluft
über das Einblasrohr 40 am Anfang des Förderrohres in den Heißluftstrom eingeblasen,
sobald der Fühler 41 das Überschreiten der zulä'ssigen Temperatur anzeigt. Der Beginn
der Kunststoffaufgabe während des Anheizvorganges kann in Abhängigkeit von der im
Gerät 57 angezeigten mittleren Wandtemperatur selbsttätig ausgelöst werden.
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Die Fig. 2 und 3 zeigen die konstruktive Ausbildung der Kunststoff-Vorwärmvorrichtung,
die als fahrbarer Behälter 58 ausgebildet ist. Das in diesem Behälter 58 untergebrachte
Förderrohr 2 ist, als fortlaufende Rohrschlange ausgebildet, die aus einer Vielzahl
von vertikalen Steigrohren 59 und Fallrohren 60 mit oberen und unteren Halbkreisübergängen
61 besteht. Die stehenden Windungen der Rohrschlange 2 sind fluchtend hintereinander
angeordnet und bilden so einen tunnelartigen Hohlraum 62, in den die beiden Lufterhitzer
17 und 18 für die Träger- und ZusatS-heißluft liegen. Die Kaltluft wird den Lufterhitzern
17, t8 über die Anschlüsse 23 und 25 zugeführt und die Trägerheißluft tritt über
die Leitung 1 us dem Lufterhitzer 172 während die Zusatzheißluft über die Leitung
log den Lufterhitzer 18 verläßt.
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Die Heißluf-tzuführungsleitung 1 mündet über die Flanschverbindung
64 in den Aufgaheinjektor 63, in dem die zu erwärmenden Kunststoffteilchen in den
Heißluftstrom eingeriLeselt werden Am Ende des Injektirs 65 Ist über eine
weitere
Flanschverbindung 64 die Förderrohrschlange 2 angeschlossen, in die das Heißluft-Kunststoffgemisch
eingeblasen. wird. Die Zusatzheißluftleitung 19 mündet über die beiden Zweigleitungen
65 und 66 tm spitzen Winkel in Strömungsrichtung in dieFallrohre.60zweierWindungen
im ersten Drittel der Förderrohrschlange 2 ein und bläs tzusätzliche Heißluft in
die Rohrschlange e 2.
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Das Austrittsende 67 der Forderrohrschlange 2 ist aus dem Behälter
58 nach oben herausgeführt und mündet tangential inden am Behälter 58 schwenkbar
befestigten Zyklonabscheider 4, aus dem die Abluft nach oben aus dem Stutzen 6 mit
Filter 7 austritt und. die erhitzten Kunststoffteilchen aus der Öffnung 5 nach unten
ausfließen.
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Der Abscheider 4-ist soweit vom Behälter 58 entfernt und in einer
solchen vorzugsweise einstellbaren Höhe angeordnet,. daß er durch Verfahren des
Behälters 58 und durch Schwenken um das Drehlager 68 unmittelbar. über den Einlauf
8 der Kunststoff-Verarbeitungsmaschine 9 gebracht werden kann. Dadurch fallen die
aus der Öffnung 5 ausfließenden heißen Kunststoffteilchen direkt zwischen die Gänge
der Einzugsschnecke 10 und werden sofort weiterverarbeitet.
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Durch die ohe Erhitzung der Kunststoffteilchen bis auf die Erweichungstemperatur
kann es bei Fehlbedienungen passierten, dak in der Förderrohrschlange 2, insbesondere
in den Rohrbögen 61 Kunststoffteilchen-an derRohrwandung ankleben. Um die Rohrschlange
2 leicht- reinigen zu können, ist in Nähe der Decke 69 des Behälters 58 an einem
in Führungsschienen 71 laufenden Rolleinsatz-72 ein Träger 70 gelenkig befestigt,
an dem sowohl die-Rohrschlange 2 als auch die Lufterhitzer 17, 18 derart aufgehängt
sind, daß sie nach Lösen der Anschluß stellen durch Verschieben des Rollensatzes
gemeinsam. aus dem Behälter herausfahrbar sind. Zu diesem Zweck kann an der Führungsschiene
71 .eine Ausfahrverlängerung angeschraubt werden. Die herausgefahrene Rohrschlange
ist allseitig zugängig und die innen angeklebten Kunststoffteilchen können durch
örtliche Erhitzung von außen ausgebrannt
werden. Die Aufhängung
der gesamten Förderrohrschlange 2 und der Lufterhitzer 17, 18 am Träger 70 hat außerdem
den Vorteil, daß Wärmedehnungen sich frei auswirken können und eine direkte metallische
Verbindung zwischen der Förderrohrschlange 2 und der Behälterwand 73 nicht besteht,
so daß die Verluste durch Wärmeabgabe nach außen außerordentlich gering sind.
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Um Verunreinigungen des zu erwärmenden Kunststoffes durch Rohrwandkorrosionen
und -verzunderungen zu verhindern, bestehen die Lufterhitzer 17, 18, die Heißluftzuführungsleitungen
1, 19, die Förderrohrschlange 2 und der Abscheider 4 aus korrosions- und zunderbeständigem
Werkstoff oder ihre mit dem Kunststoff und/oder der Heißluft unmittelbar in Berührung
kommenden Oberflächen sind mit einem korrosions- und zunderfesten Überzug versehen.
Die Rohrschlange 2 und die Lufterhitzer 17, 18 lassen sich innerhalb des Behälters
58 dadurch in enfacher und wirkungsvoller Weise wärmeisolieren, daß sich zwischen
den Lufterhitzern selbst, zwischen den Lufterhitzern und der Rohrschlange, zwischen
den einzelnen Windungen der Rohrschlange und zwischen der Rohrschlange und der Behälterwand
73 Zwischenräume befinden, die mit vorzugsweise schüttfähigem Isolierwerkstoff 74
ausgefüllt sind. Zur weiteren Erhöhung der Isolierwirkung besteht die Behälterwand
73 aus einem Innenblechmantel 75 und einem Außenblechmantel 76, die zwischen sich
eine Isolierluftkammer einschließen. Wird diese Isolierluftkammer 75, 76 an eine
Abluftleitung des Abscheiders 4 angeschlossen und mit Luftleitblechen versehen,
so verbessert die in die Isolierluftkammer eingeführte warme AbluSt den thermischen
Wirkungsgrad der Vorwärmvorrichtung.
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Die Fig. 4. und 5 zeigen die konstruktive Ausbildung des Zyklonabscheiders
4, bei dem das Luft-Kunststoffgemisoh über den Anschlußstutzen 77 tangential in
die runde Abscheidekammer 78 einströmt und in Rotation gerät, so daß infolge der
Fliehkraftwirkung die schwereren Kunststoffteilchen an der Abscheidekammerwand 79
entlang zur &ustrittsöffnung
5 wandern, während die Abluft
nach oben über den zentralen Auslaßstutzen 6 entweicht. Die Abscheidekammerwand
79 besitzt eine Vielzahl von tangential gerichteten tufteintrittsöffnungen 80, durch
die Mantelluft aus einer Ringkammer 81 in die Abscheidekammer 78-derart eingeblasen
wird, daß sich zwischen den Kunststoffteilchen und der Kammerwand 79 ein Luftschleier
bildet, auf dem die Kunststoffteilchen zum Austritt 5 gleiten können. Dadurch wird
ein Ankleben der bis auf die Erweichungstemperatur erwärmten Kunststoffteilchen
an der Kammerwand 79 verhindert. Die tangentialen Luftschlitze 80 sind im Drehsinn
des Abscheiders 4 gerichtet und die Luftzuführung zu der Ringkammer 81 erfolgt ebenfalls
über einen Eintrittsstutzen 82 gleichen Drehsinns.
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In die Ringkammer 81 kann Kalt- oder auch Warmluft eingeführt werden.
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Eine besonders einfache Ausbildung des Abscheiders ergibt sich, wenn
gemäß Fig. 6 für die Abscheidung der Kunststoffteilchen aus dem Heißluftstrom ein
Umlenkabscheider vorgesehen ist, der aus dem nach unten auf den Einlauf 8 der Verarbeitungsmaschine
9 gerichteten Ende 83 des Förderrohres 2 und einem auf den Einlauf 8 aufgesetzten
Umlenktrichter 84 mit Abdeckfilter 85 besteht.
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Aus den Fig, 7 und 8 geht der besonders zweckmäßige Aufbau des Lufterhitzers
17 bzw. 18 hervor, Der Lufterhitzer besteht aus einem zylindrischen Druckbehälter
86, in dem eine Vielzahl haarnadelförmig gebogener sic über die ganze Behälterlänge
erstreckender elektrischer Widerstandsheizstäbe 87 angeordnet sind. Die Enden 88
der Heizstäbe 87 sind in einem abnehmbaren Flansch 89 betestigt und außerhalb dieses
Flansches an eine elektrische Zuleitung 90 angeschlossen, Der Behältermantel 91
besitzt in Nähe des Flansches 89 einen t@ngentialen Eintrittsstutzen 92 für die
Kaltluft und am anderen Ende des Behälters einen im gleichen Drehsinne'-tangentialen
Austrittstutzen 9-3 für die Heißluft.
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Innerhalb des Behälters 86 werden die haarnadelförmigen Heizstäbe
87 durch ein Abstandsblech 94 in ihrer Lage gehalten
Durch diese
Ausbildung des Bufterhitzers-als zylindri scher Druckbehälter läßt sich die Kaltluft
auf engstem Raum in kürzester Zeit au9 sehr hohe Temperaturen erhitzen. Die tangential
ein- und ausströmende Luftbewirkt eine schraubenlinienförmige Luftbewegung innerhalb
des Heizbehälters quer zu den Heizstäben, so daß eine intensive mehrmalige Umströmung
aller Heizstäbe 87 und damit eine gute Wärmeübertragung an die Luft stattfindet.
In dem runden Heizbehälter 86 lassen sich die langgestreckten Heizstäbe 87 gleichmäßig
über den ganzen Kreisquerschnitt verteilt in engem Abstand unterbringen, so daß
sehr viel Heizfläche zur Verfügung steht und tote Räume im Behälter vermieden werden.
Die wärmeempfindlichen Enden 88 der Heizstäbe liegen mit den elektrischen Anschlußstellen
gut geschützt außerhalb des Heizraumes und werden außerdem durch die in Nähe des
Flansches 89 über den Stutzen 92 einströmende Kaltluft gekühlt.
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Die Fig. 9 und 10 zeigen die Aufgabevorrichtung für die Kunststoffteilchen,
die aus dem Aufgabeinjektor 63 una dem Zuteiler 15 besteht. Der Aufgabeinjektor
63 ist zwischen der Heißluftzuführungsleitung 1 und dem Förderrohr 2 über die Flanschverbindungen
64 eingebaut und besteht aus der Treibdüse 95 und dem axial dahinterliegenden Mischrohr
96 mit nachgeschaltetem Diffusor 97. Zwischen der Treibdüse 95 und dem Mischrohr
96 ist die Einlaufkammer 98 zum Einführen der Kunststoffteilchen in den Heißluftstrom
vorgesehen. Die Treibdüse 95 und das Mischrohr 96 sind mit ringförmigen Kühikammern
99 und 100 versehen, die über die Leitungen 101 - 103 an einen Kühlflüssi,gkeitskreislauf
angeschlossen sind.
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Die Ringkühlkammer 100 des Mischrohres 96 verhindert, daß die einströmende
Heißluft die Innenwand des Misohrohres über die für den Kunststoff zulässige Berührung8-temperatur
erhitzt, während die Ringkühlkammer 99 für die Treibdüse 95 vorgesehen worden istt
um eine intensive Wärmeleitung zu den Einlaufwänden 104 und damit ein Ankleben der
Kunststoffteilchen zu unterbinden.
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Oberhalb der Einlaufkammer 98 befindet sich die Zuteilvorrichtung
15,
deren Austrittsöffnung 105 durch einen runden elastischen Stutzen 106 gebildet~wird.
Dieser Stutzen ist von einem Stellglied 16 umschlossen, das durch Drehung die Austrittsöffnung
105 mehr oder weniger einschnürt, wodurch die Kunststoffdurchflußmenge verändert
wird.-Die Drehung des Verstellgliedes 16 kann van Hand oder selbsttätig über den
vom Einlauf der Verarbeitungsmaschine gesteuerten Regler 14 erfolgen. Oberhalb des
Zuteilers 15 ist ein Kunststoffvorratsbehälter 107 vorgesehen. Er kann entfallen,
wenn an dem Zuteiler 15 ein Saugschlauch angeschlossen ist, der direkt aus dem Kunststoff-Transportgefäß
absaugt.
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Der Boden 108 der Einlaufkammer 98 und der untere Teil des Vorratsbehälters
107 sind porös ausgebildet. Der Boden 108 ist an eine Luftleitung 109 angeschlossen,
während der untere Teil des Vorratsbehälters 107 von einer Luftkammer 110 mit Zuführungsleitung
111 umgeben ist. Durch die Einführung Von Luft in den unteren Teil des Vorratsbehälterg
107 können die im Behälter eingeschütteten Kunststoffteilchen aufgelockert und rieselfähiger
gemacht werden. Das Einführen von Luft in den Boden 108 der Einlaufkammer 98 verhindert
ein Anschichten des Kunststoffes am Boden. In die Luftleitungen 109 und/oder 111
zum Auflockern des Kunststoffes kann auch warme Abluft aus dem Abscheider 4 eingeblasen
werden, wodurch gleichzeitig.-ein Anwärmen der Kunststoffteilchen erfolgt.
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Zum Ausblasen und damit zum Reinigen des Aufgabeinjektors 63 und des
Förderrohres 2 ist ein Druckluftanschluß 112 im Gehäuse 113 unterhalb des Zuteilers
15 vorgesehen, durch den Kaltluft eingeblasen werden kanns Dieser Druckluftanschluß
112 kann auch zur Zuführung der Regelkaltluft während des Anheizvorganges oder bei
plötzlicher Verminderung oder Unterbrechung der Eunststoffförderung benutzt werden.
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Ist der Sog de-s Aufgabeinjektors 65 groß genug, 8o braucht man keine
Druckluft für die Regelkaltluft, sondern
man kann die Kaltluft
auch aus der Atmosphäre über das im Gehäuse 119 der Aufgabevorrichtung eingebaute
Saugventil 114 in die Injektordüse einsaugen.