DE19502352A1 - Vorrichtungen zur Durchführung der Relaxation für verstreckte Thermoplaste enthaltende Schüttgüter und zur selektiven Erweichung von Thermoplasten im Gemengestrom zu Recyclingzwecken - Google Patents

Vorrichtungen zur Durchführung der Relaxation für verstreckte Thermoplaste enthaltende Schüttgüter und zur selektiven Erweichung von Thermoplasten im Gemengestrom zu Recyclingzwecken

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Description

Die Erfindung betrifft die Ausgestaltung von Vorrichtungen mit denen verstreckte Thermoplaste enthaltende Schüttgüter so wärmebehandelt werden können, daß die verstreckten Thermoplasten während der Behandlung den Bereich ihrer Relaxation (Thermorückverformung, Schrumpfung) durchlaufen. Die Relaxation von verstreckten Thermoplasten kann in der Aufbereitung von verstreckten Thermoplasten zum Recycling vorteilhaft bspw. zur Erhöhung des Schüttgewichtes oder zur Versprödung genutzt werden.
Gleichzeitig können mit den Vorrichtungen auch solche verschiedene Kunststoffe enthaltende Gemenge wärmebehandelt werden, bei denen eine bestimmte Thermoplastsorte im Gemenge selektiv erweicht werden soll und das Gemenge anschließend im erweichten und warmen Zustand an Nachfolgeeinrichtungen übergeben werden soll.
Aus der WO 93/14915 und der DE 42 20 665 sind Verfahren bekannt, bei dem die Relaxation von verstreckten Thermoplasten zu Recyclingzwecken so durchgeführt wird, daß innerhalb eines Gemengestromes bestimmte Thermoplaste ihrer Sorte entsprechend selektiv relaxiert werden, wodurch gezielte selektive physikalische Eigenschaftsänderungen hervorgerufen werden, die eine anschließende automatische Sortierung ermöglichen. Aus der WO 94/00241 und der WO 93/17852 sind Verfahren bekannt, bei denen bestimmte Thermoplastsorten in einem verschiedene Kunststoffe enthaltendem Gemengestrom selektiv erweicht werden und diese anschließend aufgrund der hervorgerufenen physikalischen Eigenschaftsänderungen in weiteren Verfahrensschritten automatisch sortiert werden.
Aus der GB-A-1 313 203 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der zuvor zerkleinerte PS-Schaumstoffe als Partikel mittels Vibrationsförderung vereinzelt transportiert werden. Über der Förderstrecke angebrachte Infrarot-Wärmestrahler temperieren das Fördergut, wobei dieses in den Bereich seiner Relaxation überführt und dabei geschrumpft wird. Die Oberfläche der Vibrations-Fördereinrichtung wird gekühlt, um eine Überhitzung der Oberfläche durch die IR-Strahlung zu vermeiden, die zu einem Aufschmelzen der Fördergut-Partikel und einem Verkleben der aufgeschmolzenen Partikel mit der Oberfläche und somit zu einer Prozeßunterbrechung führen würde. Bei dieser Vorgehensweise wird die Prozeßdauer neben der Größe der zu behandelnden Partikel durch den Abstand der IR-Strahlungselemente von der Förderoberfläche, durch die installierte Kühlleistung und durch die daraus resultierende Fördergeschwindigkeit bestimmt. Die Verhältnisse führen entweder zu langen Behandlungsstrecken oder zu einer schlechten Wärmenutzung durch eine hohe zu installierende Kühlleistung. Aufgrund der spezifischen Eigenheiten bei einer Vibrations- bzw. Eigenfrequenzförderung im Zusammenwirken mit den realisierbaren Baugrößen der Anlagen ist man hinsichtlich der Förderleistung eingeschränkt. Ein weiterer Nachteil besteht bei dieser Vorgehensweise darin, daß die zu behandelnden Partikel mit ihrer Unterseite auf der Förderfläche verbleiben und diese Bereiche nicht einer direkten Bestrahlung durch die IR-Strahlung ausgesetzt werden. Dies führt entweder zu teilweise nicht vollständig relaxierten Partikeln oder zu einer Prozeßverlängerung.
Aus der US-A-3 883 624 ist ein Verfahren bekannt, in dem Polystyrol- Schaumstoff nach einer eingangsseitigen Zerkleinerung auf einem metallischem Förderband durch eine thermische Behandlung geführt wird, wobei der Schaumstoff schrumpft und partiell in einer Schicht zusammenschmilzt, nach dem Abkühlen versprödet und anschließend zu plastifizierfähigen Partikeln nachzerkleinert wird. Aufgrund des Anschmelzen des Polystyroles ist dieses Verfahren ungeeignet, eine selektive Wärmebehandlung von Partikeln in einem andere Kunststoffe enthaltenden Gemengestrom herbeizuführen. Alle in der Recyclingpraxis auftretenden Fremdstoffe beeinträchtigen das Verfahrensergebnis.
Es sind vielfältige technische Variationen zu Förderern mit Schnecken bekannt, die Aufgaben zur Wärmebehandlung lösen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine selektive Relaxation beziehungsweise eine selektive Erweichung von auch im Gemenge mit anderen Kunststoffsorten vorliegenden Thermoplasten maschinentechnisch im kontinuierlichem Betrieb so zu ermöglichen, daß eine gezielte und schnelle Temperierung von Kunststoffteilen in möglichst exakt einzuhaltenden Temperaturbereichen erfolgen kann.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zum Transport des schüttfähigen Gemengestromes das Prinzip der Förderung mit Schnecken genutzt wird und der Wärmeeintrag zur Temperierung des Fördergutes vorteilhaft durch Wärmestrahlung während des Transportes im Schnecken- oder Schneckenrohrförderer erfolgt.
Anwendungsspezifische Vorteile des Schneckenförderers sind:
  • - Dadurch, daß die Förderung auf Schub beruht erfolgt im allgemeinen Fall zumindest im Bereich des Kontaktes des Fördergutes mit der schubwirksamen Schneckenflanke eine Umwälzung des Materiales. Dieser Umwälzungseffekt ist bei Schneckenrohrförderern besonders ausgeprägt, da hier zusätzlich die Trogwand bewegt ist. Durch die Umwälzung wird eine gleichmäßige Temperierung des Fördergutes unterstützt. Insbesondere im Anwendungsfall der Relaxation wirkt sich das Förderverhalten von Schnecken besonders positiv aus, da aufgrund der Dichteveränderung bereits relaxierte Partikel bevorzugt nach unten drängen und somit die noch zu relaxierenden Partikel nach oben in den Bereich der direkten IR-Bestrahlung gelangen.
  • - Durch eine zonenartige konstruktive Auslegung entsprechender Schneckenförderer können auch dem eigentlichen Temperierprozeß vor- oder nachgeschaltete Prozeßschritte maschinentechnisch in einer Einheit verbunden werden. So ist z. B. eine möglichst exakte gleichmäßige Beschickung der Temperierstrecke bei allen Temperierverfahren anzustreben. Beim Konzept der Vibrationsförderung wird dies beispielsweise durch die Vorschaltung einer Zellradschleuse (vgl.GB-A- 1 313 203) ermöglicht. Neben einer fachmännisch zu realisierenden Dosierzone werden im weiteren Verlauf der Beschreibung noch andere für die Aufgabe vorteilhafte Schneckenzonen beschrieben.
Die Erfindung wird in schematischen Zeichnungen in verschiedenen Ausführungsmöglichkeiten gezeigt, wobei aus den Zeichnungen weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung entnehmbar sind und die gezeigten Einzellösungen für Funktionen und einzelne erfindungsgemäße Lösungen in vorteilhaften Kombinationen zur Erzielung eines hohen Gesamtwirkungsgrades ausführbar sind.
Es zeigen
Fig. 1a bis 1e im Querschnitt verschiedene Anordnungsmöglichkeiten der Infrarotstrahler (IR-Strahler) in Bezug auf die Schnecke. Die Schnecke ist in den Figuren beispielhaft als Vollschnecke ausgeführt. Andere Schneckenformen wie z. B. Schneckenband, Paddelschnecke o. ä., die teilweise auch noch den Vorteil mit sich bringen, daß die IR-Strahlung zum Fördergut weniger abgedeckt wird, sind auch ausführbar.
In Fig. 1a ist eine Trogschnecke dargestellt. Die flächenhaften-IR- Strahler in gebogener Ausführung 5 sind im Winkel zwischen dem oberen Teil der Trogschnecke 3 und der in der Regel abnehmbaren Abdeckung 4 angebracht. Die Wände des Schneckentroges und die Schnecke selber wird zweckmäßigerweise IR-reflektierend beschichtet oder aus IR- reflektierendem Material wie z. B. Aluminium hergestellt, um den Anteil an im Material wirksamer IR-Strahlung innerhalb der Materialschüttung zu erhöhen.
In Fig. 1b sind als IR-Strahler stabförmige Elemente 6 an gleicher Stelle wie in Fig. 1a angebracht. In dieser Figur wird auch gezeigt, daß stabförmige IR-Strahler 6 z. B. im Inneren der Schneckenwelle der Schnecke 2 angebracht werden können, sofern die Welle hohl ist und entsprechende Öffnungen zum Auslaß der IR-Strahlung angebracht werden, damit das Fördergut durch die IR-Strahlung beaufschlagt wird.
In Fig. 1c werden die IR-Strahler 6 im Brennpunkt eines Reflektors 7 angebracht, um die Abstrahlung optimal auf das Fördergut zu fokussieren und die Schneckenwelle soweit als möglich, aus dem direkten Strahlungsbereich herauszuhalten.
In Fig. 1d wird als Schneckengehäuse ein Rohrmantel 9 ausgeführt. In den Mantel werden Fenster z. B. aus IR-durchlässigem Quarzglas eingesetzt, hinter denen IR-Strahler 8 montiert werden. Die Fenster können bei doppelwandiger Ausführung von einem Kühlmedium durchströmt werden, welches auch IR-durchlässig ist (z. B. Luft), um ein übermäßiges Aufheizen der Fenster zu verhindern. Die Fenster können sowohl oberhalb als auch unterhalb des Füllstand des Fördergutes angebracht werden.
Fig. 1e zeigt zeigt eine kämmende Doppelschnecke 10 als Förderelement. Die IR-Strahler 6 sind hier unter der Abdeckung der Trogschnecke angebracht.
In Fig. 1f wird eine Heizwicklung 11 als ergänzendes Element zur Temperierung des Fördergutes gezeigt. Die Heizwicklung kann z. B. elektrisch oder durch Dampf, Öl, Wasser oder andere wärmetragende Medien beheizt werden. Die Heizwicklung 11 kann Teile des Schneckengehäuses 1 oder auch den Rohrmantel 9, wie in Fig. 1d gezeigt, bedecken. Die Wärmeenergie für die Heizwicklung 11 kann z. B. auch teilweise durch Nutzung von Abwärme aus Abkühlbereichen weiterer Verfahrensschritte gewonnen werden. Eine Wärmekopplung mit anderen, räumlich benachbarten Anlagen kann ebenso sinnvoll sein.
Erfindungsgemäß kann eine auf Förderern mit Schnecken basierende Temperierstrecke eingangsseitig mit einer sogenannten Einzugs- und Dosierzone der gleichen Schnecke gekoppelt werden. Aus einem einfachen Bevoratungsbehältnis (Silo o. ä.) wird das Material über einen Trichter einer zunächst als Vollschnecke ausgeführten Schnecke zugeführt. Die Einzugszone wird hinsichtlich des Gangvolumens so ausgeführt, das exakt die Materialmenge aufgenommen wird, die im weiteren Verlauf der Schnecke, in der sogenannten Temperierzone als Füllgrad erwünscht ist. In der sich der Einzugszone anschließenden Dosierzone wird das Gangvolumen so erweitert, daß sich zu Beginn der Temperierzone der gewünschte Füllgrad ergibt. Diese in Fig. 2 gezeigte Ausführungsmöglichkeit der Erfindung wird beispielhaft an einem Schneckenförderer dargestellt. Ein Schneckenrohrföderer ist ebenso einsetzbar, wobei die Materialaufgabe dabei axial erfolgt. Das zu behandelnde bereits zerkleinerte Material wird in die Materialaufgabe 20 eingefüllt. Eine Zerkleinerung kann auch unmittelbar nach der Materialaufgabe 20 und vor der Einzugszone in einem langsamlaufenden Zerkleinerer mit einem nachgeschalteten Pufferraum stattfinden. Von dort gelangt es in die Einzugszone der auf der Antriebswelle 22 angebrachten Schnecke. Die Antriebswelle 22 treibt im vorliegenden Beispiel die Schnecke mit drei unterschiedlichen Funktionszonen mit derselben Drehzahl an. Durch die verschiedenen Schneckenausführungen und Steigungen 23, 24, 25 in den einzelnen Zonen werden je nach Bereich, in dem sich das Material befindet, verschiedene Fördergeschwindigkeiten erreicht und damit verschiedene Aufgaben erfüllt. Aus der Einzugszone 23 gelangt das Material in die Dosierzone 24, in der durch entsprechende Ausführung der Schnecke bezüglich Steigung und Geometrie und Drehzahl der Antriebswelle 22 sichergestellt wird, daß nur nach oben streng begrenzte Mengen Material in die Temperierzone 25 gelangen und der Füllungsgrad ϕ so eingestellt wird, d der unten beschriebene Träger für Installation 27 in jedem Fall frei von Material gehalten wird. Dies wird bei ϕ ≈ 0,02-0,15 mit hoher Sicherheit erreicht. In der Temperierzone 25, die hier mit einem Schneckenband als Ausführung der Schnecke gewählt wurde, um das Material weitgehend ohne Abschirmung durch Schneckenteile der IR-Strahlung aussetzen zu können und um die Beaufschlagung der Förderelemente durch Strahlungswärme aufgrund der kleineren Fläche der Förderelemente möglichst gering zu halten, ist ein Träger für die Installation 27 der Infrarotstrahler 28 angebracht. Der Träger 27 kann, wie hier angedeutet, nur einseitig im Festlager 33 gelagert werden, aber auch, je nach Länge und Ausführung beidseitig wie hier auch beispielhaft mit einem auf der Welle 22 mitlaufenden Lager 32 gezeigt oder auch mehrfach gelagert werden. Die Höhe des Trägers 27 über dem Material bzw. dem jeweiligen tiefsten Punkt des Schneckenmantelrohres 26 wird verstellbar vorgesehen, um die Intensitätsabstimmung der IR- Strahlung der aus den IR-Strahlern 28 emittierten Strahlung auf das jeweilige Material zu ermöglichen. Diese Einstellung auf das zu behandelnde Material kann einmalig bei der Inbetriebnahme der Vorrichtung erfolgen oder alternativ kontinuierlich über einen berührungslos messenden Temperatursensor 34 bspw. außerhalb des Schneckenmantelrohrs 26 angebracht und über ein Fenster messend oder auch bspw. am Träger 27 angebracht, der die Temperatur des Materials mißt. Mit dem Meßsignal kann bspw. die Höhe des Trägers oder eine andere, zur Regelung der im Material wirksamen IR-Strahlungsintensität nutzbare Stellgröße (wie Strahlertemperatur, Anzahl der eingeschalteten Strahler usw.) so beeinflußt werden, daß die Temperierung den Sollvorgaben entspricht. Die Versorgungsleitungen für die Installationen auf dem Träger werden z. B. durch eine feste oder flexible Führung vom Träger zum Maschinengestell geführt.
Das zu behandelnde Material wird durch die Temperierzone 25 transportiert und durchläuft dabei die Behandlung, schematisch als teilweise behandeltes Material mit Fremdstoff 29 und weitgehend behandeltes Material mit Fremdstoff 30 dargestellt. Über eine Auslaßrutsche 31 kann z. B. das Material in den nächsten Verfahrensschritt übergeben werden. Eine Variation des Schneckenbandes 35 kann darin bestehen, daß das Band aus Hohlmaterial besteht, durch das ein wärmetragendes Medium z. B. im Kreislauf geführt wird, um die Schnecke selber stabil zu temperieren und um als zusätzlichem Effekt das zu behandelnde Material mit zu erwärmen oder auch ggf. zu kühlen. Für die Schneckenteile im Dosierbereich 24 und im Einzugsbereich 23 gilt die gleiche Möglichkeit.
Die Darstellung der Fig. 2 mit einem geschlossenen Schneckenmantelrohr 26 ermöglicht auch vorteilhaft evtl. entstehende Emissionen (Stäube, Gerüche) mit der erwärmten Luft bei der Behandlung über z. B. die Materialaufgabe 20 abzusaugen und in nachgeschalteten Filtern zurückzuhalten oder aber wie bspw. gezeigt im Schneckeneingangsbereich abgesaugt 36 und einer Förder- und Filtereinheit 37 zugeführt werden. Die Luft kann dabei optional gefiltert ins Freie 39 abgegeben oder über eine Luftkreislaufführung weitgehend wieder zur Temperierung des Materials in der Temperierzone 25 genutzt werden und somit zu einem sparsamen Energieeinsatz beitragen. Dabei kann vorteilhaft die bei der Absaugung mittransportierte Wärme im Aufgabebereich 20 sowie in der Einzugs- 23 und Dosierzone 24 zur Vorwärmung des Materials genutzt werden.
Für bestimmte Anwendungsfälle und zur Vorbereitung der Sortieraufgaben aus dem in der WO 93/14915 und der DE 42 20 665 beschriebenem Verfahren (bspw. zur Relaxation und Sortierung von Schaumstoffen) können entsprechende Vorrichtungen erfindungsgemäß ausgangsseitig mit einer zusätzlichen Abkühlzone, optional auf gleicher Ebene im gleichen Förderelement, gekoppelt werden.
Bezugszeichenliste
1 Schneckengehäuse, unterer Teil
2 Schnecke
3 Schneckengehäuse, oberer Teil der Trogschnecke
4 Abdeckung der Trogschnecke
5 Infrarotstrahler, gekrümmte Ausführung
6 Infrarotstrahler, stabförmige Ausführung
7 Reflektoren
8 Infrarotstrahler, flache oder nur leicht gekrümmte Ausführung
9 Schneckengehäuse, Ausführung als Rohrmantel
10 kämmende Doppelschnecke
11 Heizwicklung
20 Materialaufgabe
21 aufgegebenes Material
22 Antriebswelle der Schnecke
23 Einzugszone
24 Dosierzone
25 Temperierzone
26 Schneckenmantelrohr
27 Träger für Installation
28 Infrarotstrahler
29 teilweise behandeltes Material mit Fremdstoff
30 weitgehend behandeltes Material mit Fremdstoff
31 Auslaßrutsche
32 auf Welle (22) mitlaufendes Lager, Lagerhöhe einstellbar
33 Festlager, Lagerhöhe einstellbar
34 berührungslos messender Temperatursensor
35 Schneckenband
36 Abluftabsaugung
37 Förder- und Filtereinheit
38 Luftkreislaufführung
39 Abluft ins Freie

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Wärmebehandlung von kunststoffhaltigen Schüttgütern in Schneckenförderern, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeeintrag durch Wärmestrahlungsquellen, wie Infrarot oder Hochfrequenzstrahler erfolgt, die so angeordnet sind, daß die Wärmestrahlung überwiegend direkt auf das Fördergut im förderwirksamen Bereich der Schneckenförderer wirkt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmestrahlungsquellen außerhalb des Umlaufdurchmessers der Schneckenelemente angebracht sind (Fig. 1a bis 1f).
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmestrahlungsquellen in einer strahlungsdurchlässig ausgeführten Schneckenwelle angebracht sind (Fig. 1b).
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmestrahlungsquellen bei Schneckenförderern nach dem Prinzip von Bandschnecken oder bei Schneckenrohrförderern im zentralen Bereich des Umlaufdurchmessers angebracht sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmestrahler an einem Träger für Installationen (27) angebracht sind und daß dieser Träger für Installationen in seiner Höhe variabel einstellbar ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecke fachmännisch so ausgestaltet ist, daß sich verschiedene Wirkzonen wie eine Einzugszone (23), und/oder eine Dosierzone (24) vor der Temperierzone (25) ergeben.
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