DE19822051C1 - Dosiervorrichtung für Kurzschnittfasern - Google Patents
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Abstract
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Dosierung von leichten Schnittfasern mit mäßiger bis schlechter Rieselfähigkeit für die Herstellung von thermoplastischen Kunststoffen bzw. faserverstärkten Compounds mittels Extrusion oder Compoundierung. DOLLAR A Mit der Vorrichtung werden Schnittfasern (Kohlenstoffasern, Aramidfasern, LCP-Fasern, konventionelle Synthesefasern wie PA, PAN, PP, PET u. a. sowie Celluloseregenerat- und Naturfasern) mit weitgehender konstanter Menge pro Zeiteinheit aus dem unteren Ende eines Vorratsbehälters (1) durch eine drehzahlgesteuerte Stiftwalze (5) abgezogen. Durch einen ständigen Wägevorgang einer Differentialwaage, auf der die Dosiereinrichtung steht, erfolgt die Steuerung der Abzugsvorrichtung der Schnittfasern, so daß die Schnittfaserentnahme weitgehend konstant gehalten wird.
Description
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur kontinuier
lichen Dosierung von leichten Fasern mit mäßiger bis schlech
ter Rieselfähigkeit für die Herstellung von thermoplastischen
Kunststoffen oder faserverstärkten Compounds mittels Extruder
oder Plastifikator.
Eine Dosierung von leichten Fasern mit mäßiger bis schlechter
Rieselfähigkeit aus einen Vorratsbehälter erfordert eine
Dosiervorrichtung bei der die Parameter wie Kompaktierung,
mechanische Förderdrücke, Förderwege und die Abhängigkeit der
Dosierelemente von der Rieselfähigkeit des Fasermaterials auf
ein Minimum begrenzt werden. Diese Einflußparameter und die
Faserbeschaffenheit wie beispielsweise Faserlänge, Faserfein
heit, Oberflächenbeschaffenheit, Faserdichte und Fasergestalt
beeinflussen die Eigenschaften der Rieselfähigkeit sowie
Knäuel- und Brückenbildung der Fasern. Besonders bei schlech
ter Rieselfähigkeit und hohen Neigung zur Knäuel- und Brüc
kenbildung der Fasern ist eine kontinuierliche Dosierung aus
einen Vorratsbehälter problematisch.
Der derzeitige Stand der Technik ist, das leichte Materialien
mit schlechter Rieselfähigkeit mittels verschiedener Bauarten
von Stopfwerken in einen Extruder aufgegeben werden können.
Mittels Drehzahl kann die aufzugebende Menge variiert werden,
wobei der Massenstrom pro Zeiteinheit von der Aufmachungs
form, Rieselverhalten und Dichte abhängig ist (DE 18 09 226).
Hierbei ist eine direkte kontinuierliche gravimetrische
Steuerung der Zugabe von Fasern in den Extruder nicht mög
lich, was besonders bei der Compoundierung zu Rezepturschwan
kungen führen kann.
Die kontinuierliche Dosierung von faserförmige Materialien
ist mit Vibrationseinrichtungen in verschiedenen Ausführungen
möglich, hierbei ist der Betrieb solcher Vibrationseinrich
tungen mit beträchtlicher Lärmentwicklung verbunden. Bei
leichten Fasern mit großen Schlankheitsgrad die zur Brücken
bildung neigen ist die Entnahme aus Vorratsbehälter problema
tisch, so daß teilweise zusätzliche mechanische Elemente zur
Dosierung verwendet werden müssen.
Zur gesteuerten gravimetrischen Dosierung der faserförmigen
Materialien ist aber zusätzlich eine Wägeeinrichtung bei den
Förderbändern erforderlich. In dem Patent DE 30 41 671 werden
die Fasern von einen Förderband über eine Wägeplatte geführt
und dabei das momentane Gewicht kontinulierlich gemessen. Das
Meßsignal von der Wägeplatte steuert die Transportgeschwin
digkeit der Fasern auf den Förderband. Hierbei ist eine
Mindestlänge (ca. 15 mm Faserlänge) der Fasern erforderlich um
den Faser als losen Faserverbund von der Wägeplatte abzuzie
hen. Bekannt aus DE 34 20 643 C2 ist eine Dosiervorrichtung
mit einen drehbaren Dosierrad als Abzugeinrichtung am unteren
Ende des Vorratsbehälters, mittels der dosiert Fasern und
ähnliche Stoffe in eine Verarbeitungsmaschine abgegeben
werden. Diese Lösung kann jedoch mit dem pulsierenden Zellen
rad eine kontinuierliche Dosierung von schlecht rieselfähigen
Materialien, wie Kurzschnittfasern, nicht gewährleisten.
Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur kontinuierli
chen Dosierung von leichten Fasern mit mäßiger bis schlechter
Rieselfähigkeit aus einen Vorratsbehälter in einen Extruder
zwecks Compoundierung in thermoplastische Kunststoffe zu
entwickeln.
Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, die
Vorrichtung speziell für die Dosierung von Fasern mit einer
Faserdichte unter 2 g/cm3 und einer mäßigen bis schlechten
Rieselfähigkeit auszulegen.
Die Vorrichtung soll sich somit für die Dosierung von faser
förmigem Material (Kohlenstoffasern, Aramidfasern, LCP-
Fasern, konventionelle Synthesefasern aus PA, PAN, PP, PET
u. a. sowie Celluloseregenerat- und Naturfasern) mit einer
Faserlänge von 1-25 mm aus einem Vorratsbehälter bei der
Herstellung faserverstärkter Compounds in einem Extruder
eignen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß, statt
den herkömmlichen bekannten Schneckendosiersystem mit Rühr
werk, die Faser durch eine mit Stiften besetzte rotierende
Walze (Stiftwalze) aus dem Vorratsbehälter abgefördert wird.
Die Stifte sind hierbei auf den Walzenkörper in Rotations
richtung in Reihe angeordnet. Die Dosierung mit einer Stift
walze hat den Vorteil, daß die Fasern zwischen den Stiften
abgleiten oder an den Stiftenden eine definierte Fasermenge
aus dem Vorratsbehälter gezogen werden kann und am Abstreife
lement (Kamm) verbliebene Fasern gezielt wieder von der Walze
entfernt werden. Bei der Stiftwalze ist ein vollständiges
Entfernen aller, Fasern im Gegensatz zur Verwendung eines
Dosierbandes nach der DE 37 13 588 C2 nicht notwendig, da die
Stiftwalze sich innerhalb des Vorratsbehälters befindet.
Weiterhin benötigt die Stiftwalze nur einen kurzen Förderweg,
da die Fasern nach einer Drehung von ca. 180° die Stiftwalze
verlassen, so daß eine vertikale Anordnung der Dosiereinrich
tung mit geringerem Platzbedarf möglich wird. Die Stifte der
Walze sollten bei der Faserdosierung in einem Extruder vor
rangig aus thermoplastischem Material mit geeigneter Festig
keit und Zähigkeit bestehen, um Probleme mit evtl. abbrechen
den Stahlstiften von vornherein auszuschließen. Die Dimensio
nierung der Stifte auf der Stiftwalze ist abhängig vom zu
dosierenden Fasermaterial. Allgemein gibt es die Tendenz, daß
mit abnehmendem Schlankheitsgrad der Fasern die Stiftlänge
und Abstände zwischen den Stiften verringert werden müssen.
Durch die konstruktive Gestalt der Stiftwalze wird auf das
Fasermaterial nur ein geringer Förderdruck, geringe Scherung
und Kompaktierung ausgeübt, so daß sich die Knäuelbildung
gegenüber einer Schneckenförderung von Stopfwerken wesentlich
verringert.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1
gelöst, daß sich in einen Vorratsbehälter (1) ein oder mehre
re Rührelemente (2.1 und 2.2) befinden, welche synchron oder
proportional angetrieben werden. Besteht ein Rührwerk aus
mehr als einen Rührerelement und überlappen sich die Radien
der Rührelemente, müssen die Flügel der Rührelemente über die
Breite so verteilt werden, das eine Berührung der Flügel
ausgeschlossen ist. Das Rührwerk besitzt die Funktion die
Brückenbildung von Fasern im Vorratsbehälter zu vermeiden.
Die Radien der Rührer 2.1 und 2.2 überlappen sich, so daß
eine ständige Auflockerung des Fasermaterials auch zwischen
den Rührerflügeln erfolgt. Um Toträume oder Bereiche, in
denen das Fasermaterial eine größere Verweilzeit besitzt, zu
vermeiden, können Einbauten in den Vorratsbehälter eingesetzt
werden. Die Einbauten (3 und 4) besitzen die Funktion den
Totraum zu schließen, um eventueller Knäuelbildung vorzubeu
gen und ein unkontrolliertes Abrieseln, besonders von Fasern
mit kurzer Faserlänge und großem Titer, zu vermeiden. Der
untere Rührer (2.2) hat weiterhin die Funktion, für die
Stiftwalze (5) das Fasermaterial kontinuierlich aufzuberei
ten. Die Drehzahlen des Rührwerkes und der Stiftwalze sind
aufeinander abgestimmt und verkoppelt. Die drehzahlgesteuerte
Stiftwalze als Dosierelement übernimmt das Fasermaterial vom
Rührer und transportiert es durch die Drehbewegung von
ca. 180° zur Öffnung des Vorratsbehälters. Der Transport der
Fasern erfolgt einerseits durch das Einsinken des Fasermate
rials in die Stiftzwischenräume und andererseits durch das
Abziehen der Fasern durch die Stifte (6) aus dem Vorratsbe
hälter. Unterhalb der Stiftwalze werden die Schnittfasern,
die nicht selbständig von der Walze abrieseln, durch einen
feststehendes Abstreifelement (7) aus den Zwischenräumen der
Stiftreihen und von den Stiften gekämmt. Bei verhakendem
schlecht rieselfähigen Fasermaterial ist es von Vorteil, daß
zusätzlich das Abstreifen der Fasern durch einen Luftstrom
aus dem Abstreifelement unterstützt wird. In Zeichnung 2 ist
ein mögliches Abstreifelement mit Preßluftunterstützung zum
Abstreifen von verhakenden schlecht rieselfähigen Fasern
dargestellt. Die Zinken (7.1) des Abstreifelementes können
hierbei ein rundes oder eckiges Hohlprofil besitzen. Für den
gerichteten Luftstrom, zum Abblasen der Fasern aus den
Stiftzwischenräumen der Stiftwalze, können Loch- oder
Schlitzdüsen in die Zinken mit Hohlprofil eingearbeitet
werden. Der Luftstrom aus den Düsen ist durch Ventil (8) auf
das zu dosierende faserförmige Material einstellbar. Durch
den Luftstrom wird eine Knäuelbildung von schlecht rieselfä
higem Material am Kamm (Abstreifelement) vermieden. Nach dem
Abstreifen der Fasern fallen diese in einen Fallschacht (9),
der die Fasern zu der jeweiligen Extruder- oder Compoundier
anlage transportiert.
Die beschriebene Vorrichtung zur kontinuierlichen Dosierung
von Fasern befindet sich auf einer Differentialwaage (10),
welches die Gewichtsabnahme pro Zeiteinheit erfaßt. Durch
eine elektrische Verbindung/Kopplung (11) der Differential
waage mit den Antrieb der Dosiervorrichtung erfolgt die
elektronische Steuerung der Dosieraktivität der Stiftwalze
mittels Drehzahl, so daß die eingestellte erforderliche Menge
pro Zeiteinheit weitgehend durch die Drehzahlsteuerung der
Stiftwalze konstant gehalten wird.
Bei der Zuführung der leichten Fasern zu der Verarbeitungsma
schine ist es von Vorteil, wenn die Fasern mit einer pneuma
tischen Saugförderung, wie in DE 197 54 409 A1 beschrieben, für
mäßig bis schlecht rieselfähige Fasermaterialien mittels
Zwangsförderung zur Verarbeitungsmaschine transportiert
werden.
Auf einer Anlage werden mit der beschriebenen Vorrichtung
nach Zeichnung 1 leichte synthetische Fasern in einem Gleich
dralldoppelschneckenextruder mit Schneckendurchmesser von
40 mm dosiert. Für diese Faserdosierung wurden leichte synthe
tischen Fasern mit Faserlängen von 3,6 mm bzw. 6 mm und einem
Titer von 1,7 dtex verwendet. Zur Vermeidung von Faserbrücken
im Vorratsbehälter (1) und der kontinuierlichen Aufbereitung
des Fasermaterial sind Rührer (2.1 und 2.2) eingesetzt. Die
Einbauten (3 und 4) besitzen die Funktion den Totraum zu
schließen und ein unkontrolliertes Abrieseln zu vermeiden.
Die angepaßte Stiftwalze (5) zu der beschriebenen Faserform
besitzt als Grundkörper einen Durchmesser von 150 mm und ist
115 mm breit. Die Stifte (6) der Walzen haben einen Durchmes
ser von 6 mm mit einer Länge von 18 mm und sind an den Enden
verrundet. Das Gehäuse des Vorratsbehälters (1) besitzt in
den Stiftwalzenbereich die Abmaße von 118 mm × 200 mm. Auf der
Stiftwalze sind fünf Reihen mit jeweils 15 Stifte in Rotati
onsrichtung angeordnet. Der Reihenabstand zwischen den Stif
ten beträgt ca. 16 mm, wobei die äußeren beiden Reihen 10 mm
Abstand zum Walzenrand besitzen. Das Abstreifen der Fasern
aus den Zwischenräumen der Stiftreihen wird durch die Ab
streifvorrichtung (7) ermöglicht, daß zusätzlich mit ein
stellbarer Preßluft (8) unterstützt werden kann. Besonders
bei schlecht rieselfähigen Schnittfasern (Schnittlänge 6 mm,
Titer 1,7 dtex) wird das Abstreifen der Fasern nach Zeichnung
2, aus den Zwischenräumen der Stiftreihen mittels Preßluft
mit ca. 0,3 bar durch die Düsen der Zinken (7.2) durchge
führt. Der Durchmesser der Zinken (7.1) der Abstreifvorrich
tung beträgt 8 mm und ragte ca. 2/3 in die Stiftreihen hinein.
Bei einem eingestelltem Massenstrom für die Extrusion von 10
kg/h Fasern erfolgte die Dosierung bei einer mittleren Dreh
zahl von 25 U/min.
1
Vorratsbehälter
2.1
Rührelement
1
2.2
Rührelement
2
3
Einbaute
4
Einbaute
5
Stiftwalze
6
Stift
7
Abstreifelement
7.1
Zinken
7.2
Düsen der Zinken
8
Ventil
9
Fallschacht
10
Differentialwaage
11
elektrische Verbindung
Claims (8)
1. Vorrichtung zum kontinuierlichen Dosieren von leichten
feinteiligen Materialien, insbesondere leichte Fasern, wie
beispielsweise Kohlenstoffasern, Aramidfasern, LCP-Fasern,
konventionelle Synthesefasern aus PA, PAN, PP, PET u. a.
sowie Celluloseregenerat- und Naturfasern, mit mäßiger bis
schlechter Rieselfähigkeit, in einen Extruder zwecks Com
poundierung in thermoplastische Kunststoffe, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Fasern durch eine drehzahlgesteuerte
Stiftwalze (5) als Abzugseinrichtung am unteren Ende des
Vorratsbehälters (1) abgezogen werden, eine Wägeeinrich
tung die Abnahme des Fasern pro Zeiteinheit durch die
Drehzahlregulierung der Stiftwalze steuert, an der unteren
Seite der Stiftwalze ein feststehendes Abstreifelement (7)
und oberhalb der Stiftwalze im Vorratsbehälter ein Rühr
werk (2.1; 2.2) angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Walzenkörper einen Durchmesser von 0,05 bis 0,5 m und
eine Länge von 0,05-0,5 m aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Stifte (6) in Reihe gesetzt werden, wobei der Win
kelabstand zwischen den Stiften in einer Umlaufreihe der
Walze von 3-75° und der Abstand zwischen den Umlaufreihen
10-100 mm entsprechen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Stärke oder der Durchmesser der Stifte von 2-25
mm und einer Länge von 10-150 mm entsprechen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß bei schlecht rieselfähigen Fasern die Stiftoberfläche
aufgerauht und/oder gekerbt wird.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Zinken (7.1) des Abstreifelementes (7) mindestens
über ein Drittel der Stiftlänge zwischen den Stiftreihen
eingreifen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der maximale Durchmesser der Zinken nicht mehr als 75%
des Reihenabstandes in Rotationsrichtung der Stifte ent
spricht.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeich
net, daß für die Zinken Hohlprofile eingesetzt wer
den, aus denen Preßluft (0,2-3 bar) blasen kann.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19822051A DE19822051C1 (de) | 1998-05-16 | 1998-05-16 | Dosiervorrichtung für Kurzschnittfasern |
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