DE19822051C1

DE19822051C1 - Dosiervorrichtung für Kurzschnittfasern

Info

Publication number: DE19822051C1
Application number: DE19822051A
Authority: DE
Inventors: Axel Koine; Rene Bayer
Original assignee: Thueringisches Institut fuer Textil und Kunststoff Forschung eV
Current assignee: Thueringisches Institut fuer Textil und Kunststoff Forschung eV
Priority date: 1998-05-16
Filing date: 1998-05-16
Publication date: 1999-09-23
Anticipated expiration: 2018-05-17

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.

Beispiele Beispiel 1

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.

Bezugszeichenliste

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

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.