DE19821397A1 - Intrusionsverfahren zum Herstellen von Teilen aus recycelten Kunststoffen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Intrusionsverfahren bei einem kontinuierlich arbeitenden Extruder. Ohne zusätzliches Beheizen oder Kühlen sowie Nachdruckeinrichtungen für die Intrusionsformen wird die plastifizierte Kunststoffschmelze (3), die den Extruder (1) verläßt, unmittelbar über einen außerhalb des Extruders (1) befindlichen Verteilerkopf (5) mit Zwei-Wegeventil (13) und Verteilerdüsen (8) in den formgebenden Formhohlraum (17) einer Intrusionsform hoher Wärmekapazität (11) geführt und bis zum Erreichen eines vorwählbaren Masserückdruckes mit dem Spritzdruck beaufschlagt. Das Abkühlen der Intrusionsform (11) erfolgt nach dem Entfernen vom Extruder (1) in einem separaten Arbeitsschritt durch Einwirkung atmosphärischer Luft. DOLLAR A Das Anwendungsgebiet ist die Herstellung von Teilen aus recycelten Kunststoffen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Intrusionsverfahren zum Herstellen von Teilen aus recycelten Kunststoffen mit einem kontinuierlich arbeitenden Extruder zum Aufschmelzen, Plastifizieren sowie Einspritzen der Kunststoffschmelze in eine aus stranggepreßtem Halbzeug einer Aluminiumlegierung hergestellten Intrusionsform, die anschnittseitig über eine Verteilerleitung mit dem Mundstück des Extruders verriegelbar ist.

Die Verarbeitung von Recycling-Kunststoff ist außerordentlich problematisch, da die Kunststoffschmelze durch Verunreinigungen hoch viskos sowie teigähnlich und infolgedessen bei höherer Schmelztemperatur als gewöhnlich zu verarbeiten ist. Aufgrund dessen sind die beim Spritzgießen von Kunststoffen üblichen Verfahren nicht ohne Einschränkung anwendbar. Durch Fremdeinschlüsse in der Schmelze bei hoher Temperatur entstehende Gase bewirken einen hohen Druckanstieg in den Formwerkzeugen, die aus den genannten Gründen mit einer Wasserkühlung versehen sind. Gemäß dem Deutschen Gebrauchsmuster mit der Rollennummer GM 2 95 13585 weist eine Intrusionsform ein langes, stranggepreßtes Aluminiumrohr auf, das von einem Kühlmittelmantel mit Anschlüssen für einen Kühlmittelzulauf und einen Kühlmittelablauf umschlossen ist. Die Anfertigung der Extrusionsform und Handhabung der Kühlmittelanschlüsse ist vergleichsweise aufwendig und für die kontinuierliche Herstellung von Kunststoffieilen weniger gut geeignet. In der DE Offenlegungsschrift 43 10 980 werden aus diesem Grunde mehrere Gießformen über den Umfang eines intermittierend angetriebenen Rotors montiert und nacheinander mit der Schmelze aus recycelten Kunststoffen gefüllt. Zum Abkühlen der Schmelze ist ein Wasserbad angeordnet, in das die Gießformen während der Rotation eintauchen.

Wenn die Gießformen nicht mit einer Wasserkühlung versehen sind, werden entsprechend der DE PS 42 37 217 luftdurchlässige Stopfen oder Schlitze vorgesehen, um den durch Gase in der Intrusionsform entstehenden Druck abzubauen.

In der DE Offenlegungsschrift 39 31 597 wird bei einem kontinuierlich arbeitenden Extruder zum Füllen von Formen mit stark verunreinigten Recycling-Kunststoff ein Verteilerkopf mit mindestens zwei Ausgängen mit druckabhängig gesteuerten Schiebern vorgesehen, die in Abhängigkeit eines Überdrucks in der einen Intrusionsform geöffnet werden, damit die Schmelze in eine zweite Intrusionsform umgeleitet werden kann. Damit der Extruder keinen Schaden nehmen kann, ist ein dritter Schieber vorgesehen, der bei Störungen im Ablauf automatisch öffnet, damit die Schmelze ins Freie gelangen kann. Auf diese Weise kann der Extruder weiterarbeiten und der kontinuierliche Ablauf muß bei Unregelmäßigkeiten nicht unterbrochen werden. Die ins Freie gelangte Kunststoffmasse soll in einem separaten Arbeitsgang zusätzlich durch Pressen verarbeitet werden.

Des weiteren kann insbesondere bei der Herstellung von großformatigen und dickwandigen Gegenständen durch partielles Schwinden und Einfallen von glatten Teilflächen eine Qualitätseinbuße eintreten. Um höhere Festigkeitswerte mit weitgehend homogenen Materialgefüge bei Teilen wie Palisaden zu erreichen, die bei der Verarbeitung von recycelten Kunststoffen bevorzugt werden, muß die Abkühlung der Extrusionsform sehr langsam unter einem Nachdruck vorgenommen werden, was nicht nur sehr zeitaufwendig, sondern desgleichen nachteilig für die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens ist. Bei einem in der DE Patentschrift 42 19 595 bezeichneten Verfahren wurde bereits vorgeschlagen, mehrere rohrförmige Intrusionsformen gleichzeitig zu füllen, um die Fließgeschwindigkeit der Schmelze bezogen auf die Einzelform herabzusetzen. Gleichzeitig wird vorgeschlagen, die Abkühlung der Intrusionsformen nicht üblicherweise mit einer Kühlflüssigkeit, sondern mit Luft vorzunehmen. Mit dieser Maßnahme soll einerseits die Abkühlungsgeschwindigkeit der Form verlängert und die zur Verfügung stehende Zeitspanne für einen Nachdruck zum Ausgleich von Schrumpfblasen und Vakuolen während der Abkühlung erhöht werden. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel werden gleichzeitig sechs Intrusionsformen über ein Verteilersystem mit sechs Fülldüsen gefüllt. Der hierbei fehlende Fülldruck in der Intrusionsform muß durch einen Druckmittelanschluß und durch Einbringen von Druckluft auf der der Anschnittseite der Intrusionsform gegenüberliegenden Stirnseite ausgeglichen werden. Für das Anschließen der Druckluftleitungen und das Umrüsten der Intrusionsformen, die alle zusammen zum gleichen Zeitpunkt abgekühlt sind, werden beträchtliche Rüstzeiten benötigt, die einen kontinuierlichen Betrieb des Extruders nicht zulassen. Der Extruder muß demzufolge abgestellt oder über einen längeren Zeitraum gegen eine abgeschieberte Fülldüse gefahren werden.

Wenn eine einzelne große Intrusionsform mit einer höheren Fließgeschwindigkeit gefüllt werden soll, oder ein Extruder mit geringer Leistung bei großen Teilen diskontinuierlich gefahren wird, ist eine in der DE Offenlegungsschrift 42 37 217 beschriebene Nachdruckeinrichtung mit einem Druckdosierspeicher erforderlich, mit dem das Füllen der Intrusionsform durch eine hohe Fließgeschwindigkeit bei einem geringen Temperaturverlust vorgenommen werden kann. Hierbei ist der Extruder über ein 2-Wege-Ventil mit dem Druckdosierspeicher beziehungsweise mit der Intrusionsform verbunden. Durch eine Steuereinrichtung wird das Befüllen der Intrusionsform ausgelöst, was beim Erreichen der vorgegebenen Füllmenge im Druckdosierspeicher geschehen kann. Der Nachdruck für die in die Gießform eingebrachte Schmelze wird bei diesem Verfahren bis zur Abkühlung aufrechterhalten, so daß die hergestellten Formlinge gut ausgeformt sind und eine sehr ansprechende, glatte Oberfläche aufweisen, insbesondere dann, wenn das Speichervolumen in den Druckdosierspeichern das Schrumpfvolumen der Formlinge berücksichtigt.

In den Gießformen sind die bereits erwähnten luftdurchlässige Stopfen oder Schlitze angeordnet, die zur Entlüftung der Gießform dienen und den kurzzeitigen Füllvorgang der Gießform gewährleisten. Des weiteren sind für den Nachdruck am Druckdosierspeicher hydraulisch, pneumatisch oder anders betätigbare Kolben erforderlich. Sobald der vorgegebene Füllstand im Druckdosierspeicher erreicht ist, wird durch eine Steuerung das Umschalten des 2-Wege-Ventils ausgelöst und der Kolben im Druckdosierspeicher betätigt. Der Kolbendruck muß mindestens bis zum Übergang vom thermoplastischen in den thermoelastischen Zustand der Schmelze aufrecht erhalten werden. Um die eingefüllte Schmelze in dem Druckdosierspeicher auf der vorgeschriebenen Temperatur zu halten, ist eine zusätzliche Heizeinrichtung erforderlich. Außerdem sind zwei Druckspeichereinheiten erforderlich, wenn der Extruder kontinuierlich betrieben werden soll.

Um Abfälle aus Kunststoff oder einen stark verunreinigten recycelten Kunststoff zu verarbeiten, werden neben einem zusätzlichen Druckzylinder für den Nachdruck in der DE Offenlegungsschrift 40 24 820 Preßformen vorgeschlagen, die beheizbar und abkühlbar sind.

Indem das Beheizen der Intrusionsformen Einfluß auf die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens und das Abkühlen einen großen Zeitraum in Anspruch nimmt, bezweckt die Erfindung mit einfachen Mitteln, bei einem kontinuierlich arbeitenden Extruder, ohne zusätzliches Beheizen oder Kühlen sowie Nachdruckeinrichtungen für die Intrusionsformen ein Intrusionsverfahren zum Herstellen von Teilen aus recycelten Kunststoffen, die eine hohe Verdichtung und eine große Festigkeit aufweisen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die plastifizierte Kunststoffschmelze, die den Plastifizierzylinder des Extruders verläßt, unmittelbar über einen außerhalb des Extruders befindlichen Verteilerkopf mit Mehrwegventil und Verteilerdüsen in den formgebenden Hohlraum einer Intrusionsform mit hoher Wärmekapazität geführt und bis zum Erreichen eines vorwählbaren Masserückdruckes mit dem Spritzdruck beaufschlagt wird, wobei das Abkühlen der Intrusionsform nach dem Entfernen vom Extruder in einem separaten Arbeitsschritt durch das Einwirken von atmosphärischer Luft vorgenommen wird. Dadurch wird erreicht, daß die Abkühlungsgeschwindigkeit der Kunststoffschmelze durch die in der Intrusionsform gespeicherte Latentwärme bei Luftkühlung verringert und die Oberfläche der Kunststoffteile ohne Einfallstellen ausgebildet werden kann. Außerdem wird die Steuerung des Extruders bei einem kontinuierlichen Betrieb erheblich vereinfacht. Bei Schneckenextrudern wird nämlich die Temperatur des plastifizierten Kunststoffes im wesentlichen von der Knetenergie bestimmt, die von der Schneckendrehzahl und dem Massendruck abhängig ist. Wenn die Drehzahl der Extruderschnecke nicht zu der gewünschten Massentemperatur paßt, muß der Extruder bislang von außen her zusätzlich beheizt werden. Der Massendruck kann jetzt bei nicht gekühlten Intrusionsformen praktisch ohne Unterbrechung konstant gehalten werden. Damit kann die Extruderschnecke auf die der Massentemperatur entsprechende Drehzahl und die gewünschte Durchsatzleistung eingestellt werden. Wechselnde Massendurchsätze und lange Temperaturregelzeiten werden auf diese Weise vermieden.

Aufrund der Verringerung der Abkühlungsgeschwindigkeit der Extrusionsformen wird nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, daß eine Vielzahl von Intrusionsformen und eine Wechseleinrichtung am Schneckenextruder vorgesehen ist, die nacheinander in zeitlicher Reihenfolge mit einer umschaltbaren, mit dem Mundstück des Extruders verbundenen Verteilereinrichtung mit zwei Verteilerdüsen kontinuierlich mit der plastifizierten Kunststoffmasse gefüllt werden. Die Anzahl der Extrusionsformen wird vorteilhaft auf die Durchsatzleistung des Extruders und die Abkühlungsdauer der Extrusionsformen abgestimmt.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden zur Durchführung des Verfahrens Intrusionsformen vorgeschlagen, die aus einem einzeln stranggepreßten Aluminiumkörper bestehen, der im wesentlichen rohrförmig mit massiven, den Formhohlraum umschließenden Seitenwänden ausgebildet ist. Die massiven Seitenwände weisen eine hohe Wärmekapazität auf, die sich bei Luftkühlung vorteilhaft auf die Kunststoffteile auswirkt. Die nach dem Verfahren hergestellten Kunststoffteile sind nach dem Erkalten gut ausgeformt und weisen eine sehr ansprechende glatte Oberfläche auf.

Auf der Außenumfangseite ist der Aluminiumkörper mit in Längsrichtung prismatisch ausgebildeten Eckstegen versehen, die im Querschnitt gesehen, der Intrusionsform eine etwa rechteckige Kontur verleihen. Die Extrusionsform ist dadurch in waagerechter Lage auf Rollen und Förderbahnen leicht transportierbar und im automatischen Betrieb in den Arbeitsbereich des Schneckenextruders einführbar. Die massiven Seitenwände und die prismatisch ausgebildeten Eckstege verleihen der Intrusionsform eine hohe Druckfestigkeit, durch die der im Forminnenraum herrschende Druck sicher aufgefangen werden kann. Bei Verpuffungen, die beim Verarbeiten von stark verunreinigten recycelten Kunststoffen auftreten können, nehmen die Extrusionsformen keinen Schaden.

Außerdem können die speziell stranggepreßten, aus einer Aluminiumlegierung bestehenden Aluminiumkörper für die Intrusionsformen in großer Anzahl sehr preiswert hergestellt und anschnittseitig sowie auf der gegenüberliegenden Stirnseite mit einer Bodenplatte und einer Spannplatte verschlossen werden, die zentrisch mit dem Angußkanal und seitlich mit Spannmitteln zum Andocken der Intrusionsform an den Verteilerkopf versehen ist.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel und anhand von Zeichnungen näher erläutert werden. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigt

Fig. 1 einen Extruder mit zwei Intrusionsformen, die an einen Verteilerkopf angedockt sind,

Fig. 2 den Extruder beim Füllen der Intrusionsformen,

Fig. 3 den Extruder beim Wechsel der Extrusionsformen,

Fig. 4 ein aus recycelten Kunststoffen hergestelltes Kunststoffteil,

Fig. 5 eine Intrusionsform im Querschnitt und

Fig. 6 eine Intrusionsform in der Draufsicht in schematischer Darstellung.

Der für die Durchführung des Verfahrens erforderliche Extruder 1, der in Fig. 1 stark schematisiert dargestellt ist, weist eine Extruderschnecke 2 zum Plastifizieren von Kunststoffabfall oder vorzugsweise recyceltem Kunststoff auf, der bei einer entsprechenden Drehzahl der Extruderschnecke 2 und gegebenenfalls durch Beheizen des Extruders 1 zu einer Kunststoffschmelze 3 verarbeitet wird.

Die Kunststoffschmelze 3 verläßt den Extruder 1 über das Extrudermundstück 4, an das ein Verteilerkopf 5 mit einer linken Verteilerleitung 6 und einer rechten Verteilerleitung 6' angeflanscht ist. Die in den Verteilerleitungen 6 enthaltenen Verteilerkanäle 7 münden in die Verteilerdüsen 8, die mit dem Anschnittkanal 9 einer angedockten Intrusionsform 11 in Verbindung stehen. Zwischen den Extrudermundstück 4 und den Verteilerleitungen 6 ist ein Ventilgehäuse 12 von einem Zwei-Wegeventil 13 mit einem drehbaren Ventilküken 14 vorgesehen, mit dem die Verteilerleitungen 6 mit der flüssigen Kunststoffschmelze 3 beaufschlagt werden. Das Zwei-Wegeventil 13, das drei Öffnungen aufweist, ist einlaßseitig mit dem Extrudermundstück 4 und auslaßseitig mit den beiden Verteilerleitungen 6 verbunden, die alternativ zum Durchfluß der Kunststoffschmelze 3 geöffnet werden können. Das Ventilküken 14 ist derart konzipiert, daß der Durchfluß der Kunststoffschmelze 3 zu der linken Verteilerleitung 6 erst geschlossen ist, wenn der Durchfluß zu der rechten Verteilerleitung 6' bereits geöffnet ist. Aus diesem Grunde können, im Gegensatz zum Abschiebern von einzelnen Leitungen, keine für den Extruder 1 schädliche Druckstöße auftreten, die mit einer Temperaturerhöhung und Verpuffungen einhergehen. Das Umschalten des Ventilkükens 14 erfolgt nach einem vorgegebenen Programmablauf, der mit einer nicht weiter ausgeführten Steuereinrichtung in Abhängigkeit eines vorwählbaren Rückdruckes in der Intrusionsform 11 ausgelöst werden kann.

Für die Herstellung von Kunststoffteilen in Form von Palisaden 15 gemäß Fig. 4, die bei der Verarbeitung von recycelten Kunststoffen bevorzugt werden, wird eine in Fig. 5 im Querschnitt dargestellte Intrusionsform 11 eingesetzt. Die Intrusionsform 11 besteht aus einem einzeln stranggepreßten Aluminiumkörper, der im wesentlichen rohrförmig mit massiven Seitenwänden 16 ausgebildet ist. Hierbei bezieht sich die Bezeichnung einzeln auf einen nach einem genau festgelegten Verfahren stranggepreßten Aluminiumkörper, der sowohl separat als auch durch Ablängen von einzelnen Teilstücken hergestellt worden ist. Wesentlich ist, daß derartige Aluminiumkörper nicht handelsüblich erhältlich und auch nicht mit herkömmlicher stranggepreßter Ware vergleichbar sind. Charakteristisch ist, daß die Aluminiumkörper eine hohe Wärmekapazität aufweisen und die den Formhohlraum 17 umschließenden Seitenwände 16 massiv ausgebildet sind. Auf seiner Außenumfangseite ist der Aluminiumkörper insbesondere mit in Längsrichtung prismatisch ausgebildeten Eckstegen 18 versehen, die im Querschnitt gesehen, der Intrusionsform 11 eine etwa rechteckige Kontur verleihen.

Der Aluminiumkörper ist anschnittseitig und auf der gegenüberliegenden Stirnseite im Bereich der prismatisch ausgebildeten Eckstege 18 mit Gewindebohrungen 19 versehen. Diese dienen zum Anschrauben einer den Formhohlraum 17 verschließenden Bodenplatte 21 sowie einer mit Kupplungsmitteln an dem Verteilerkopf 5 anschließbaren Spannplatte 22, die zentrisch mit dem Angußkanal 23 und seitlich mit Spannmitteln 24 zum Andocken der Intrusionsform 11 an den Verteilerkopf 5 versehen ist. Das Andocken kann auf hydraulischem Wege durch Spannzylinder oder manuell mit Hilfe von Spannschrauben oder adäquaten Kupplungsmitteln vorgenommen werden, was auf den Ablauf des Verfahrens primär keinen Einfluß hat.

Wenn eine in Fig. 4 gezeigte Palisade 15 hergestellt werden soll, ist der Formhohlraum 17 kreisförmig und mit einem sichelförmigen Anschnitt 25 ausgebildet, der unter Verwendung einer stranggepreßten Aluminiumlegierung konstruktiv einfach realisiert werden kann.

Zum Spritzgießen von Kunststoffteilen wird die in einem kontinuierlich arbeitenden Extruder 1 aus recycelten Kunststoffen oder Kunststoffabfällen bestehende Kunststoffschmelze 3 gemäß Fig. 1 über die linke Verteilerleitung 6 in den Formhohlraum 17 der Intrusionsform 11 eingespritzt. Nach dem Befüllen des ersten Formhohlraums 17 mit Kunststoffschmelze 3 wird bei einem vorher eingestellten Masserückdruck durch die nicht weiter dargestellte Steuereinrichtung bei Fig. 2 das Ventilküken 14 des Zwei-Wegeventils 13 teilweise geschlossen und der rechte Verteilerkanal 7' zunächst teilweise geöffnet. Hierbei kann bei großen Kunststoffteilen in der linken Intrusionsform 11 über einen längeren Zeitraum bis zum Abdocken ein Nachdruck aufrechterhalten und gleichzeitig ein schlagartiges Umschalten vermieden werden.

In Fig. 3 ist der Umschaltvorgang vollständig beendet, so daß die rechte Intrusionsform 11' mit der Kunststoffschmelze 3 gefüllt werden kann. Die bereits vorher gefüllte Intrusionsform 11 ist bereits vom Verteilerkopf 5 gelöst und aus dem Arbeitsraum des Extruders 1 entfernt worden. Das Andocken kann in den angegebenen Pfeilrichtungen auf der Ebene eines mit Rollenbahnen ausgebildeten Wechseltisches 26 mit zwei Stellplätzen vorgenommen und automatisiert werden. Des weiteren können die gefüllten Intrusionsformen 11 auf Transportbahnen ins Freie gefördert oder zum langsamen Abkühlen auf einem dafür vorgesehenen Platz abgestellt werden.

Claims (5)

1. Intrusionsverfahren zum Herstellen von Teilen aus recycelten Kunststoffen mit einem kontinuierlich arbeitenden Extruder zum Aufschmelzen, Plastifizieren sowie Einspritzen der Kunststoffschmelze in eine aus stranggepreßtem Halbzeug einer Aluminiumlegierung hergestellten Intrusionsform, die anschnittseitig über eine Verteilerleitung mit dem Mundstück des Extruders verriegelbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die plastifizierte Kunststoffschmelze (3), die den Extruder (1) verläßt, unmittelbar über einen außerhalb des Extruders (1) befindlichen Verteilerkopf (5) mit Zwei-Wegeventil (13) und Verteilerdüsen (8) in den formgebenden Formhohlraum (17) einer Intrusionsform hoher Wärmekapazität (11) geführt und bis zum Erreichen eines vorwählbaren Masserückdruckes mit dem Spritzdruck beaufschlagt wird, wobei das Abkühlen der Intrusionsform (11) nach dem Entfernen vom Extruder (1) und in einem separaten Arbeitsschritt durch das Einwirken von atmosphärischer Luft vorgenommen wird.

2. Intrusionsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Intrusionsformen (11) und ein Wechseltisch mit zwei Stellplätzen zum Auswechseln von Intrusionsformen (11) vorgesehen ist, die nacheinander in zeitlicher Reihenfolge mit einem umschaltbaren, an dem Extrudermundstück (4) angeflanschten Verteilerkopf (5) mittels zwei Verteilerdüsen (8) mit der plastifizierten Kunststoffschmelze (3) gefüllt werden.

3. Intrusionsform zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1-2, bestehend aus einem einzeln stranggepreßten Aluminiumkörper, der im wesentlichen rohrförmig mit massiven, eine hohe Wärmekapazität aufweisenden und den Formhohlraum (17) umschließenden Seitenwänden (16) ausgebildet und auf seiner Außenumfangseite mit in Längsrichtung prismatisch ausgebildeten Eckstegen (18) versehen ist, die im Querschnitt gesehen, der Intrusionsform (11) eine etwa rechteckige Kontur verleihen.

4. Intrusionsform nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Aluminiumkörper anschnittseitig und auf der gegenüberliegenden Stirnseite im Bereich der prismatisch ausgebildeten Eckstege (18) mit Gewindebohrungen (19) zum Anschrauben einer den Formhohlraum (17) verschließenden Bodenplatte (21) sowie einer Spannplatte (22) versehen ist, die zentrisch mit dem Angußkanal (23) und seitlich mit Spannmitteln (24) zum Andocken der Intrusionsform (11) an den Verteilerkopf (5) ausgerüstet ist.

5. Intrusionsform nach Anspruch 3-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Formhohlraum (17) kreisförmig und mit einem sichelförmigen Anschnitt (25) unter Verwendung einer stranggepreßten Aluminiumlegierung ausgebildet ist.