DE3049919C2 - Vorrichtung zum Schmelzen schlecht wärmeleitender thermoplastischer Stoffe - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schmelzen schlecht wärmeleitender thermoplastischer Stoffe, insbesondere Kunststoffabfälle, mit einer unter einer Materialzuführung angeordneten, drehbaren, beheizten, das geschmolzene Material durch Zentrifugalkraft nach außen treibenden Scheibe und einer die Scheibe umgebenden mitrotierenden Wand, die öffnungen für den Durchtritt des geschmolzenen Materials aufweist.

Eine derartige Vorrichtung ist zur Herstellung kontinuierlicher Fasern oder Fäden aus Kunststoff aus der US-PS 30 40 377 bekannt. Dabei wird Granulat auf eine rotierende Scheibe gegeben, von der es gegen eine beheizte zylindrische Wand geschleudert wird, die zusammen mit der Scheibe rotiert. Die zylindrische Wand weist unterhalb der Scheibe zunächst einen beheizten Schmelzbereich und darunter öffnungen auf, durch die die Schmelze infolge der Zentrifugalkraft ausgepreßt wird, so daß ein Ballon aus kontinuierlichen Fäden entsteht. Auf den Fadenballon sind Blasvorrichtungen gerichtet, die eine Kühlung und Verfestigung des Fadenmaterials bewirken. Das Schmelzen erfolgt hierbei an der rotierenden Wand, gegen die das Granulat geschleudert wird.

Beim Schmelzen von Kakao, Butter, Wachs oder auch thermoplastischen Kunststoffen bildet das geschmolzene Material eine Isolierschicht, die einen guten Wärmekontakt des noch ungeschmolzenen Materials mit der Schmelzfläche verhindert. Es besteht daher die Gefahr, daß das in Kontakt mit der Schmelzfläche stehende Schmelzgut überhitzt wird und damit verbrennt, während dasjenige Material, das keinen direkten Kontakt mit der Schmelzfläche hat, überhaupt nicht geschmolzen wird. Aus diesem Grund ist es wichtig, das geschmolzene Material von der Schmelzfläche zu entfernen, so daß neues ungeschmolzenes Material an die Schmelzfläche herangeführt werden kann. Um dies zu erreichen, sind Schmelztrommeln bekannt, die eine im Innern angeordnete Heizvorrichtung aufweisen und nn ihrer Außenseite Messer tragen, die in Bewegungskontakt mit dem zu schmelzenden Material gebracht werden. Es ist auch bekannt, zum Schmelzen einen langsam drehenden beheizten Teller zu verwenden und das zu schmelzende Material gegen die Telleroberfläche zu drücken. Dabei wird ständig die in Kontakt mit dem Teller stehende Materialschicht abgeschmolzen und nach außen gedrückt. Der Teller dreht sich an einer Abstreichvorrichtung vorbei, die das auf ihm befindliche Schmelzgut über den Tellerrand hinweg abstreift. Eine derartige Vorrichtung erlaubt keine größeren Schmelzleistungen und beseitigt auch nicht die Gefahr von örtlichen Oberhitzungen des Schmelzgutes.

Schließlich ist es auch bekannt, die zu schmelzenden Materialien durch geheizte Roste .hindurchzuführen. Hierbei erfolgt keine schnelle Entfernung des geschmolzenen Gutes von der Schmelzfläche. Die Wärmeverteilung ist schlecht, so daß die Gefahr örtlicher Überhitzungen besteht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß sie zur Verarbeitung nicht nur von granulatförmigen, sondern auch von in fester Form vorliegendem Schmelzgut geeignet ist wobei örtliche Überhitzungen vermieden werden sollen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die drehbare Scheibe auf mindestens die Schmelztemperatur des Materials aufheizbar ist, daß die mitrotierende Wand den Rand der Scheibe bildet und daß die Scheibe zusammen mit ihrem Rand in einem feststehenden Gehäuse angeordnet ist, das einen Auslaß zum Abführen der Schmelze aufweist.

Ein auf die Scheibe aufgesetzter Festkörper aus schmelzbarem Material wird auf diese Weise von der beheizten Scheibe von unten her abgetragen und es wird erreicht, daß ständig nur eine dünne Schicht der Schmelze in innigstem Kontakt zur Schmelzfläche steht. Sobald das Material geschmolzen ist, wird es selbsttätig von der Schmelzfläche abtransportiert, so daß neues Material im festen Zustand an die Schmelzfläche herangeführt wird. Durch die selbsttätige Abführung des geschmolzenen Materials von der Schmelzfläche durch Fliehkrafteinwirkung erfolgt eine automatische Regulierung der Wärmemenge. Sobald nämlich das Material geschmolzen ist und keiner weiteren Erhitzung ausgesetzt werden darf, entfernt es sich von der Schmelzfläche. Diese Selbstregulierung hat zur Folge, daß die Temperatur der Scheibe weitgehend unkritisch ist und ihre Einhaltung keine große Genauigkeit erfordert. Die rotierende Scheibe kann entweder flach oder strukturiert sein. Die Form der Scheibe kann also in Abhängigkeit von den Eigenschaften des zu schmelzenden Materials verändert werden. Wenn das zu schmelzende Material in Blockform vorliegt, kann der Block zentrisch oder exzentrisch gegen die Scheibe gedrückt werden, wobei fortlaufend die unterste Materialschicht abschmilzt und fortgeschleudert wird, ohne daß es eines Schabers o. dgl. bedürfte.

Die Drehzahl der Scheibe hängt von der Art des zu schmelzenden Materials und vom Scheibendurchmesser ab. Bei hoher Viskosität des Schmelzgutes ist eine höhere Drehzahl erforderlich als bei niedrigviskosem Schmelzgut. Im allgemeinen werden Drehzahlen der Scheibe von 500 bis 3000 U/min verwandt. Für Materialien, bei denen das Schmelzgut eine hohe Viskosität hat, wird man vorzugsweise mit Drehzahlen über 3000 U/min arbeiten.

Mit der Vorrichtung können auch Materialien geschmolzen werden, die in Pulverform, Schnitzelform oder einem ähnlichen lockeren Zustand vorliegen. Diejenigen Materialteile, die etwa in der Scheibenmitte an der Scheibenfläche zur Anlage kommen, werden in der Nähe der Scheibenmitte geschmolzen, so daß von der rotierenden Platte die Schmelze gegen den Rand getrieben wird. Diejenigen Materialteile, die als Festkörper gegen den Rand geschleudert werden,

werden mit dem durch die Fliehkraft erzeugten Druck gegen den Rand der Scheibe gepreßt, wo sie jeschmolzen werden. Sobald das gegen den Rand gedruckte Material geschmolzen ist, wird es ebenfalls infolge der Zentrifugalkraft durch die Öffnungen hindurch nach außen getrieben. Bei dieser Ausführungsform wird also ein Teil des Materials im horizontalen Bereich der Scheibe und ein weiterer Teil an dem aufragenden Rand geschmolzen.

Die öffnungen können als runde oder eckige Löcher ausgeführt oi'.er auch als Schlitze ausgebildet sein. Sie müssen nicht notwendigerweise allseitig begrenzt sein, sondern können auch nach oben hin offen sein. Die Öffnungen dienen einerseits der Abführung des Schmelzgutes von der Schmelzfläche und zum anderen aber auch zum Zurückhalten etwaiger Fremdstoffe, die sich an der Innenwand des Randes sammeln und mit einem Ausräumer entfernt werden können.

Die Vorrichtung kann insbesondere auch zum Einschmelzen von thermoplastischen Kunststoffabfällen benutzt werden. Die Abfälle, die als Festkörper oder in Schnitzelform auf die Scheibe gebracht werden, werden in direktem Kontakt mit der Scheibe bzw. dem aufragenden Scheibenrand geschmolzen und durch die öffnungen hindurch nach außen geschleudert.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren durch einige Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Schmelzzentrifuge und

F i g. 2 eine Schmelzvorrichtung, die über eine Pumpe an ein Strangpreßwerkzeug angeschlossen ist, um ein fortlaufendes Profil zu erzeugen.

Bei dem Ausführungsbeispiel der F i g. 1 ist an einer rotierenden Welle 10, die an einem (nicht dargestellten) Antriebsmotor angeschlossen ist, eine horizontale Scheibe 11 befestigt, die in Draufsicht kreisförmig ist. Bei der Scheibe 11 kann es sich um eine flache Scheibe handeln. Im vorliegenden Fall weist die Scheibe 11 eine kegelförmige Erhebung 12 auf. Unter der aus Metall bestehenden Scheibe Il ist eine Heizvorrichtung 13 angeordnet, durch die eine direkte Aufheizung der Scheibe 11 erfolgt.

Über der Scheibe 11 befindet sich zentrisch das untere Ende eines Zuführrohres 14, durch das das zu .4 schmelzende Material 15 auf die Oberseite der Scheibe

11 abgesenkt wird. Sobald das Material 15 mit der Scheibe 11 in Berührung kommt, schmilzt es und wird wegen der hohen Drehzahl der Scheibe 11 radial abgeschleudert. Das Schmelzgut wird gegen den -,u umlaufenden, seitlich aufragenden Rand 16 der Scheibe

12 geschleudert. Am Fuße des Randes 16 sind Öffnungen 17 vorgesehen, durch die das Schmelzgut hinausgeschleudert wird. Das herausgeschleuderte Schmelzgut wird von einem Gehäuse 18 aufgefangen und durch einen Auslaß 19 abgeleitet bzw. abgepumpt. Diese Schmelzvorrichtung eignet sich insbesondere zum Schmelzen von Wachs, Butter, Kakaoblöcken

o. dgl., aber auch zum Schmelzen von thermoplastischem Kunststoff.

Die Heizvorrichtung 13, bei der es sich im vorliegenden Fall um eine elektrische Heizvorrichtung handelt, die direkt unter der Scheibe 11 angebracht ist.

kann auch durch einen Brenner ersetzt werden, der unterhalb der Scheibe 11 ortsfest montiert ist und die Scheibe 11 durch Strahlung und Konvektion aufheizt.

Die Vorrichtung der F i g. 1 kann insbesondere auch zum Einschmelzen von Folien aus Polyäthylen oder Polyester, Faserabfällen o. dgl. eingesetzt werden. Dieses Abfallmaterial wird in das Einfüllrohr 14 eingeleitet und gelangt von dort auf den Boden der Scheibe 11. Sofern das Material nicht sogleich in der Scheibenmitte geschmolzen wird, wird es im noch festen Zustand gegen den Rand 16 geschleudert und durch die Fliehkraft fest gegen diesen gedrückt. Der Anpreßdruck kann beispielsweise das Fünfüigfache der Erdanziehung betragen. Aufgrund dieses festen Druckes erfolgt ein schnelles Abschmelzen der Oberfläche an dem ggf. ebenfalls geheizten Rand 16. Das geschmolzene Material wird anschließend sofort durch die öffnungen 17 in die Kammer 20 geleitet. Das Arbeitsprinzip beruht also darauf, einen hohen Anpreßdruck an die Heizfläche zu erzielen, andererseits jedoch die Verweilzeit des Schmelzgutes an der Heizfläche so kiein wie möglich zu halten.

Bei der Verarbeitung von Kunststoffabfällen kann das Rohr 14 auch fortgelassen werden. In diesem Fall werden die Abfälle einfach auf die Scheibe 11 geschüttet und anschließend an dem Rand 16 abgeschmolzen. Wenn sich Festkörper in dem Abfallmaterial befinden, werden diese Festkörper an den Öffnungen 17, durch die sie nicht hindurch können, zurückgehalten.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 besteht der aufragende Rand 16 der Scheibe 11 aus Stegen, die durch Schlitze voneinander getrennt sind. Das Schmelzgut wird durch die Schlitze hindurch nach außen in die Auffangkammer 45 gedruckt. Der Auslaß 46 der Auffangkammer 45 ist über einen Schlauch 48, der von der Heizvorrichtung 49 umgeben ist, an eine Zahnradpumpe 47 angeschlossen, die die Schmelze einer Strangpreßdüse 50 zuleitet. In der Strangpreßdüse 50 entsteht ein Profilstück 51, das als endloses Formstück hergestellt werden kann.

Die in F i g. 2 dargestellte Schmelzvorrichtung ersetzt in Verbindung mit der Pumpe 47 einen Schneckenextruder, hat jedoch diesem gegenüber den Vorteil einer wesentlich geringeren Leistungsaufnahme und einer besseren und homogeneren Materialqualität. Bei Extrudern wird ein großer Teil der hineingesteckten Energie in innere Reibung und Umwälzenergie umgewandelt. Wegen der großen Verweilzeit des Schmelzgutes können örtliche Überhitzungen des Kunststoffs an den Metallteilen auftreten. Ferner erfordert eine Extruderschnecke ausgesprochene Präzisionsarbeit, da die angestrebte Knet- und Förderwirkung nur dann erreicht wird, wenn entsprechend kleine Toleranzen eingehalten werden. Die Herstellungskosten und auch die Betriebskosten von Extruderpressen sind daher sehr hoch. Durch die erfindungsgemäße Kombination einer geeigneten Schmelzvorrichtung, in der abgeschmolzene Materialteile sofort von dem festen Kunststoffmaterial abgeleitet und gesammelt werden, mit einer Pumpe und einer Formdüse werden die tei'ren und aufwendigen Extruderpressen durch eine relativ einfache und kostengünstig herstellbare Vorrichtung mil vergleichsweise sehr geringem Energiebedarf ersetzt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Vorrichtung zum Schmelzen schlecht wärmeleitender thermoplastischer Stoffe, insbesondere Kunststoffabfälle, mit einer unter einer Materialzuführung angeordneten, drehbaren, beheizten, das geschmolzene Material durch Zentrifugalkraft nach außen treibenden Scheibe und einer die Scheibe umgebenden mitrotierenden Wand, die öffnungen für den Durchtritt des geschmolzenen Materials aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die drehbare Scheibe (11) auf mindestens die Schmelztemperatur des Materials aufheizbar ist, daß die mitrotierende Wand den Rand (16) der Scheibe (11) bildet und daß die Scheibe (11) zusammen mit ihrem Rand (16) in einem feststehenden Gehäuse (18) angeordnet ist, das einen Auslaß (19; 46) zum Abführen der Schmelze aufweist.