-
Verfahren und Vorrichtuslq zur Herstellung von zu#arPJnengesetzten
Plastikmaterialien Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von zusammengesetzten
Plastikmateialien und eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstel ung von zusammenge
setzten Plastikmaterialien durch Hinzumischen von Füllstoffen (Streckmittel) zu
Plastik-Rohmaterial im Hinblick auf Rohstoffeinsparung, wodurch Feuerbeständigkeit
und Wiederverwendung von Industrieabfällen ermöglicht werden.
-
Es ist bekannL, daß bei der Herstellung von Formteilen mittels einer
Spritzgußmaschine aus einem zusammengesetzten Plastik-Ausgangsmaterial, das durch
Vermischen eines Plastik-Rohmaterials und eines Füllermaterials zubereitet wird,
eine Mischung dieser Materialien mittels einer Extrudierungsmaschine intensiv vermischt
und durchgeknetet wird und in die Form von Kügelchen yebracht wird. Die Teilchen
aus zusammengesetztem Plastikmaterial werden danach in die tritzgußmaschine eingegeben,
um wieder in den Zustand geschmolzener Erzeugnisse zurückversetzt zu werden.
-
Der Grund dafür, daß die Mischung aus Plastik-Rohmaterial und Füllermaterial
nicht direkt in die Spritzgußmaschine einc3#geben werden kann, läßt sich durch die
Tatsache erklären, daß diü Zufuhr
von Füllermaterial, das in den
meisten Fällen in Pulverform vorliegt, vor dem Verschmelzungs- und Vermischungsschritt
Schwierigkeiten bereitet und daß die Verteilung des Füllermaterials nicht gleichförmig
erfolgen kann, da der Schraubenzylinder der Spritzgußmaschine, der einen IIeizzylinder
und eine Schraube zum Vermischen und Schmelzen des Materials aufweist, einen Aufbau
mit nur einer Schraube aufweist. Unter diesen Umständen macht der dem Plastik-Rohmaterial
hinzugemischte Füllstoff die dem zusammengesetzten Plastikmaterial inneohnenden
Nachteile besonders deutlich, nämlich daß die mechanische Festigkeit und andere
physikalische Eigenschaften vergleichsweise schlecht sind, und führt zur Herstellung
von Formteilen mit geringerer Qualität, wie beispielswei<-2 beeinträchtigte Oberflächenbeschaffenheit.
-
Um diese Schwierigkeit zu umgehen, wurden bisher das Plastik-Rohmaterial
und das Füllermaterial zuvor in Form von Teilchen bzw. Kügelchen extrudiert und
danach in die Spritzgußmaschine eingegeben. Die Zwischenerzeugung von Teilchen mittels
des Extrudierungsprozes 5 verursacht jedoch zusätzliche Kosten für den hinzugefügten
hxtrudierungsschritt. Unter diesen Umständen ist es möglich, daß selbst dann, wenn
die Rc, stoffeinsparung in einem gewissen Grade verwirklicht wird, indem ein Füllstoff
verwendet wird, sich die Ilerstellungskosten für die Gegenstände im Vergleich zu
solchen ohne Füllstoff vergrö3ern. Daher bleiben die Grundprobleme bei der Herstellung
von Gegenständen aus zusammengesetztem Plastikmaterial ungelöst.
-
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Herstellung von zusaIninengesetztem Plastikmaterial anzugeben, mit dem die Herstellungskosten
erniedrigt und die physikaliache Eigenschaften der Frzeugnisse verbessert werden
können.
-
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zui Herstellung von zusammengesetztem
Plastikmaterial gelöst, das gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß
Plastik-Rohmaterial und Füllermaterial
bezüglich ihrer Mengen getrennt
bemessen werden und an einer Stelle nächst einer Schraubenpaaranordnung miteinander
vermischt und verknetet werden, die Schraubenpaaranordnung ein Paar nebeneinander
angeordneter, in entgegengesetzten Richtungen aufeinanderzu gedrehter Schrauben
umfaßt, durch die das Plastik-Rohmaterial und das Füllermaterial der Schraubenpaaranordnung
zugeführt werden, und die vermischten und verkneten Materialien zwischen die Schrauben
eingebracht werden und zwischen diese eindringen, so daß sie eng miteinander vermischt
und verschmolzen werden und aus der Schraubenpaaranordnung durch eine Auslauföffnung
abgelassen werden, wobei Feuchtigkeit und darin enthaltene Gase gleichzeitig extrahiert
werden.
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstelluiig von zusammengesetztem
Plastikmaterial ist gekennzeichnet durch eine aus einer plastik-Rtjhmaterial-Zufuhrschraube
und einer Vorrichtung zur Zuführung einer vorbestimmten Menge eines Füllermaterials
bestehende Rohmaterial-Bemessungs- und Zufuhreinrichtung zur getrennten Bemessung
und Zufuhr des Plastik-Rohmaterials und Füllermaterials und eine direkt unter der
Rohmaterial-Bemessungs- und Zufuhreinrichtung angeordnete Vorrichtung zum innigen
Vermischen und Durchkneten mit einem Paar nebeneinander angeordneter Schrauben,
die in entgegengesetzte Richtungen aufeinanderzu gedreht werden, wobei die Vorrichtung
zum innigen Vermischen an ihrem Auslaßteil eine Entgasungsöffnung und eine Auslaßöffnung
für geschmolzenes Harz an im wesentlichen senkrecht zueinander ausgerichteten Stellen
aufweist.
-
Das erfilldungsgemäße Verfahren ist insbesondere dazu bestimmt, bei
der Untersuchung und Entwicklung von neuartigen zusammengesetzten Plastikmaterialien
und zur Verwertung von Industrieabfällen eingesetzt zu werden.
-
Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus
der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen
Fig.
1 eine Grundanordnung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung eines
zusammengesetzten PlaStikmaterials kombiniert mit einem herkömmlichen Spritzgußgerät;
Fig. 2 eine Schnittansicht der Vorrichtung längs der Linie II-II in Fig. 1; und
Fig. 3 eine Grundanordnung einer erfindungsgemaPen Vorrichtung kombiniert mit einer
Granuliermaschine zur Herstellung von flockenähnlichen Teilchenerzeugnissen.
-
Wie aus Figur 1 zu ersehen besteht die Vorrichtung aus einer Rohmaterial-Bemessungs-
und Zufuhrvorrichtung M und einer Vermischungs- und Knetvorrichtung K.
-
Die Rohmaterial-Bemessungs- und #ufuhreinrichtung M umfaßt eine Plastik-Rohmaterial-Nachschubeinrichtung
bzw. einen Vorratstrichter 1, eine Plastikmaterial-Förderschraube 2, einen Plastikmaterial-Führungszylinder
3, einen elektrischen Motor 4 mit variabler Drehzahl zum Antrieb der plastik-Rohmaterial-Zufuhrschraube
2, eine Vorrichtung 5 zum Zuführen einer vorbestimmten Menge eines Fülerstoffes
und einen Füllerstoff-Führungszylinder 6.
-
Eine voreingestellte Menge des Plastik-Rohmaterials, die durch Drehung
der Zufuhrschraube 2 mittels des Motors 4 mit variabler Drehzahl bemessen wird,
wird einer Führungsöffnung 7 zugeführt.
-
Eine vorbestimmte Menge des Füllermaterials, die mittels der Füllerzufuhreinrichtung
5 bemessen wird, wird dem Führungszylinder 6 durch eine Füller-Entladeöffnung 5-1
zugeführt und fällt unter dem Einfluß der Schwerkraft in einen Füllerschacht 6-1.
Der Füller und das Plastik-Rohmaterial werden an der Führung 7 miteinander vereint
und anschließend in den Vorratstrichter 20 der Vermischungs- und Knetvorrichtung
K entladen.
-
Die Vermischungs- und Knetvorrichtung K umfaßt einen Vorratstrichter
20, eine Schraubenantriebsquelle 21, ein Untersetzungsgetriebe 22, Schrauben 23
und 23' (siehe Figur 2), einen Heizzylinder
24 und eine Heizvorrichtung
21. Der Heizzylinder 24 ist mit einer Entgasungsöffnung 26 versehen, die an der
oberen Seite des freien Endteiles des Zylinders 24 gebildet ist, während eine Entladeöffnung
27 für geschmolzenes Harz an der unteren Seite gegenüber der Entgasungsöffnung 26
gebildet ist.
-
Die Vermischungs- und Knetschrauben 23 und 23' sind in Längsrichtung
innerhalb des Heizzylinders 24 nebeneinander angeordnet, wie aus Figur 2 ersichtlich,
die eine Schnittansicht des Zufuhrabschnitts für vermischtes Rohmaterial darstellt.
Die Schrauben 23 und 23' sind wirkungsmäßig so mit der Untersetzungsgetriebeeinheit
22 verkoppelt, daß sie in entgegengesetzten Richtungen nach innen gedreht werden
können, wie durch die Pfeile X und Y angedeutet. Da die Schrauben 23 und 23' jeweils
in den Richtungen X und Y nach innen gedreht werden, und zwar mittels der Antriebsquelle
21 und über das Untersetzungsgetriebe 22, dringt die aus der Rohmaterial-Bemessungs-
und Zufuhreinrichtung M dem Verm1schungs-Knet-Vorratstrichter 20 zugeführte vermischte
und geknetete Masse des Füllers und des Plastik-Rohmaterials zwischen die Schrauben
23 und 23' ein, die dann die Masse weiter fördern, während durchgemischt und verknetet
wird. Gleichzeitig wird die vermischte und geknetete Masse aufgrund der Vorheizung
in der Heizeinrichtung 25 und der durch die vermischten und verkneteten Stoffe selbst
erzeugtei Reibungswärme erhitzt. Die durchgemischte und verknetete Masse wird dem
freien Endteil des Heizzylinders 24 zugeführt, während sie intensiv durchgemischt
und durch die Vorheizung und die Selbsterwä.rmung geschmolzen wird.
-
Im Füllstoff und in dem Plastik-Rohmaterial enthaltene Feuchtigkeit
wird gleichzeitig verdampft und durch die Entgasungsöffnung 26 in Form eines Gases
nach außen abgelassen.
-
Da die Entgasungsöffnung 26 und die Entladeöffnung 27 für das vermischte
und durchgeknetete geschmolzene Harzmaterial senkrecht miteinander und einander
gegenüber ausgerichtet sind und sich durch die Wandung des Zylinders 24 erstrecken,
wird das vermischte und durchgeknetete Material durch die öffnung 27 ausgeladen,
während
das erzeugte Gas gleichzeitig durch die Entgasungsöffnung 26 abgelassen wird. Auf
diese Weise wird ein zusammengeset..tes Plastikmaterial erhalten, das in praktisch
perfekter Weise geschmolzen, vermischt, durchgeknetet und entgast worden ist.
-
In der vorstehenden Beschreibung wurde das Herstellungsverfahren und
die Zubereitung des zusammengesetzten Plastikmttterials unter Bezugnahme auf die
Vorrichtung zur burchführung des Verfahrens beschrieben. Zur Erzeugung geformter
Gegenstände ausgehend von dem gemäß der Erfindung zubereiteten zusammengesetzten
Plastikmaterial kann das geschmolzene, vermischte und durchgeknetete zusammengesetzte
Plastikmaterial, das wie oben beschrieben erhalten wurde, direkt in eine Spritzgußmaschine
30 eingegeben werden, die unterhalb der Vermischungs- und Knetvorrichtung K angeordnet
ist.
-
Bei einer anderen Ausführungsform kann das nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellte vermischte und geschmolzene zusammengesetzte Plastikmaterial
einer Granulatormaschine 40 zugeführt werden, die unter der Vermischungs- und Knetvorrichtung
K angeordnet ist, nachdem es durch ein Paar oberhalb des Granulators 40 angeordneter
Kühlrollen 41 flachgedrückt worden ist, wie in Figur 3 gezeigt. Das so in den Granulator
40 geladene Material wird flockenförmig zerkleinert. Das flockenartige Material
wird danach einem flexiblen Rohr 44 mittels eines Gebläses 43 durch eine perforierte
Platte 42 hindurch zugeführt, ctann durch einen Späneabscheider 45 abgekühlt und
schließlich in einer Tüte 46 verpackt, die unter dem Späneabscheider 45 angeordnet
ist.
-
Auf diese Weise kann ein flockenartiges zusammengesetztes Plastikmaterial
hergestellt werden. In diesem Zusammenhang soll bemerkt werden, uaß der Granulator
selbst mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau bereits bekannt ist.
-
Aus der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, daß ein zusammengesetztes
Plastikmaterial nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
und mit der
erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellt werden kann. Ein derartiges zusainmengesetztes
Material kann vorteilhafterweise als Ausgangsmaterial zur Herstellung von Formteilen
mittels einer Spritzgußmaschine verwendet werden oder kann weiterbehandelt werden,
um das flockenähn]iche zusammengesetzte Plastikmaterial zu erhalten. Zur Erhaltung
von Formteilen aus einem derartigen zusammengesetzten Plastikiaterial sollten die
folgenden wichtigen Erfordernisse erfüllt sein: 1. Die Geschwindigeit, mit der das
Plastik-Rohmaterial und der hinzugemischte Füllstoff vermischt werden, sollte mit
relativ enger Toleranz eingehalten werden; 2. die Verteilung des Füllstoffes in
dem Plastik-Rohmaterial sollte gleichförmig sein; 3. die Vermischung und Durchknetung
sowie das Schmelzen sollten mit hervorragender Präzision durchgeführt werden; und
4. die Austreibung von Feuchtigkeit und Gasen sollte vollständig erfolgen.
-
Keines der oben genannten Erfordernisse sollte vernachlässigt werden.
Es soll betont werden, daß das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße
Vorrichtung zur Zubereitung des zusammen#esetzten Plastikmaterials die obigen Erfordernisse
erfüllen.
-
Insbesondere wird das Erfordernis (1) der Genauigkeit der Vermischungsgeschwindigkeit
beider Stoffe dadurch erfüllt, daß das Plastik-Rohmaterial getrennt vom Füllstoff
mittels der Rohmaterial-Bemessungs- und Zufuhreinrichtung M bemessen wird und beide
Stoffe sehr nahe an der Vermischungs- und Knetvorrichtung K vereint werden. In den
meisten praktischen Fällen ist der Unterschied zwischen dem spezifischen Gewicht
des Plastik-Rohmaterials und des Füllers beträchtlich. Ferner müssen häufig Materialien
verschiedener Gestalt miteinander vermischt werden und häufig
über
lange Strecken transportiert werden. Unter solchen Umständen kann leicht eine Trennung
der vermischten Materialien auftreten und zu einer Ungleichförmigkeit der Vermischungsgeschwindigkeit
des Plastikmaterials und des Füllerstoffes in den fertigen Formteilen führen, was
zu Schwierigkeiten bezüglich der physikalischen Eigenschaften der Formteile führt.
Im Gegensatz hierzu tritt diese Schwierigkeit jedoch nicht bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren und bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf. Die Ungleichförmigkeit
der Vermischungsgechwindigkeit kann innerhalb von Toleranzgrenzen unterdrückt werden,
die durch den Mechanismus der Füllstoff-Bemessungsvotl:ichtung 5 und der Plastikmaterial-Zufuhrschraube
2 bestimmt werden.
-
Die Erçordernisse (2) und (3) bezüglich der gleichförmigen Verteilung
des Füllerstoffes und der sorgfältigen Vermischllng, Durchknetung und Verschmelzung
werden ebenfalls durch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung
erfüllt. Wie vorstehend beschrieben wurde, umfassen der Zufuhrabschnitt und der
Vermischungs- und Schmelz abschnitt der RohmateLial-Bemessungs- und Zufuhreinrichtung
M ein Paar von nebeneinander angeordneten Schraubenwellen als grundlegende Strukturelemente.
Diese Konstruktion zeichnet sich durch ausgezeichnete Wirksamkeit bezüglich des
Eindringvermögens und der Vermischung in der Zufuhrstation und bezüglich der Vermischung
und Verschmelzung in dem entsprechenden Abschnitt aus, verglichen mit dem herkömmlichen
Aufbau mit einer Schraube. Dementsprechend ist gewährleistet, daß der Füllerstoff
gleichförmig verteilt wird und die angestrebten Ergebnisse bezüglich der physikalischen
Eigenschaften bewirkt. Bezüglich des Erfordernisses (4) der Entgasung kann gesagt
werden, daß eine praktisch vollständige Entgasung erzielt werden kann, so daß Formteile
mit guten Obertlächeneigenschaften hergestellt werden können.
-
Wenn die Vorrichtung zur Herstellulig des erfindungsgemäßen zusammengesetzten
Plastikmaterials in Kombination mit einer herkömmlichen Spritzgußmaschine verwendet
wird, so kann das vermischte
und geschmolzene Material, das mittels
der erfindungsgemäßen Vorrichtung zubereitet worden ist, direkt in die Spritzgußma;chine
eingegeben werden. Es reicht daher aus, wenn der Heizzylinder der Spritzgußmaschine
lediglich das eingegebene Material im erhitzten Zustand hält, was den Verbrauch
an Wärmeenergie und somit auch an elektrischer Energie reduziert. Eine derartige
Kombination ist auch vorteilhaft in Bezug auf die Produktivität, da sich die Kombinationsanordnung
sehr gut zur Massenherstellung von Gegenständeji in beschränkter Vielfältiikeit
eiqnet.
-
Die Kombination der erLindungsgemäßen Vorrichtung mit einem herkömmlichen
Granulator ergibt ein zv-reckmäßiges Herstellungssystem, das oich für die Herstellung
vieler verschiedenartiger Erzeugnise l-i geringem Umfang eignet.
-
Das zusammengesetzte Plastikmaterial wurde zwar zur Einsparung von
Rohstoffen entwickelt, es läßt sich jedoch bei vielen Anwendungen in verschiedenen
Bereichen der Industrie anwenden. Im Hinblick auf das Erfordernis der Feuerbeständikeit
von Plastikmaterialien, die zur Zeit beliebt sind, und auch im Hinblick auf die
Verwertung von Industrieabfällen bemühen sich viele Hersteller um die Untersuchung
und Entwicklung von zusammengesetzten Plastikmaterialien. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
kann leicht und in zweckmäßiger Form für Erprobungsversuche eingesetzt werden, die
bei diesen Untersuchungen und Entwicklungen durchgeführt werden.