DE3525982A1 - Vorrichtung zur aufbereitung und abgabe viskoser medien - Google Patents
Vorrichtung zur aufbereitung und abgabe viskoser medienInfo
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Description
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrich
tung zur Aufbereitung und Abgabe viskoser Medien mit
einer Zufuhreinrichtung zur Zufuhr des viskosen Mediums
an einer Einspeisestelle, einer Fördereinrichtung, die
das viskose Medium von einer Einspeisestelle zu einer
Entnahmestelle fördert und mit einer den Durchsatz
regelnden Steuer- und Regeleinrichtung.
Eine Vorrichtung der genannten Art wird beispielsweise
in Form eines Extruders zum Erwärmen eines viskosen
Mediums, beispielsweise eines thermoplastischen Kunst
stoffes eingesetzt, der in festem, vorzugsweise granu
latförmigem Zustand über einen Einfülltrichter in eine
Fördereinrichtung gegeben, in dieser gemischt, gefärbt
oder compoundiert und zum Aufschäumen ggf. mit inerten
Gasen begast und durch Wirkung der Friktion der
Schneckenfördereinrichtung sowie wahlweise durch über
eine Heizeinrichtung eingebrachte zusätzliche Wärme
plastifiziert und über eine Entnahmestelle in dosierter
Form abgegeben wird.
Sowohl bei kontinuierlichem als auch bei intermittie
rendem Betrieb ist es erforderlich, daß einerseits eine
möglichst genaue Dosierung des abgegebenen Massestroms
und andererseits eine möglichst konstante Abgabetempera
tur des Massestroms des viskosen Mediums eingehalten
wird, wobei zusätzlich die exakte Dosierung des Masse
stroms von der Temperatur abhängig ist.
Eine exakte Dosierung erweist sich jedoch insbesondere
bei intermittierendem Betrieb als sehr schwierig, da
die Zufuhr beispielsweise granulatförmigen thermo
plastischen Kunststoffs in unterschiedlichen Dosie
rungen erfolgen kann, nach einer Unterbrechung der
Abgabe des thermoplastischen Kunststoffs eine gewisse
Hochlaufzeit zum Erreichen der gewünschten Abgabemenge
pro Zeiteinheit benötigt wird und die Viskosität des
thermoplastischen Kunststoffs von den Materialeigen
schaften des thermoplastischen Kunststoffs, d. h. von
der Art des thermoplastischen Kunststoffs und innerhalb
einer bestimmten Art von der jeweiligen Charge von der
Feuchtigkeit und in besonders starkem Maße von der Tem
peratur abhängig ist.
Die Temperaturen schwanken jedoch innerhalb der Förder
einrichtung sehr stark, da die bei Abgabe des plastifi
zierten thermoplastischen Kunststoffs schnell laufende
Fördereinrichtung dem thermoplastischen Kunststoff mehr
Reibungs- und Friktionswärme zuführt als in dem Fall,
in dem sie bei Unterbrechung der Abgabe des thermo
plastischen Kunststoffes stillsteht bzw. langsam um
läuft.
Zur Verbesserung der Dosierungsgenauigkeit sowie der
Regelung der Temperatur eines plastifizierten Heiz
schmelzklebers ist aus dem DE-GM 82 27 606.4 eine Vor
richtung zum Aufbereiten von Schmelzklebern bekannt,
die eine Fördereinrichtung mit einer in einer zylin
drischen Kammer drehbaren Förderschnecke aufweist. Auf
der Eingangsseite der Fördereinrichtung ist die Kammer
mit einem Einfülltrichter und an der Ausgangsseite mit
einem Entnahmeverteiler verbunden. Die Förderschnecke
ist über eine Kupplung an einen Antriebsmotor ange
schlossen. Im Bereich der Verbindung der Kammer mit dem
Einfülltrichter weist die Kammer eine Einzugskühlung
auf, während auf der Ausgangsseite und dem an die Aus
gangsseite angrenzenden Bereich die Kammer und der Ver
teiler mit einer Heizung in Form von Heizmänteln ver
sehen sind.
Im Betrieb wird über den Einfülltrichter der Schmelz
kleber in Granulatform der Fördereinrichtung zugeführt
und von der Förderschnecke zur Ausgangsseite gefördert.
Die an der Eingangsseite vorhandene Einzugskühlung
verhindert dabei ein vorzeitiges Plastifizieren des
Schmelzklebers, der im Innern der Kammer mittels der
Förderschnecke verdichtet wird, wobei er durch die bei
der Förderung auftretende Reibungswärme und die zusätz
liche über die Heizmäntel zugeführte Wärme erwärmt und
dadurch plastifiziert wird. Mit Hilfe der die Kammer
umgebenden Heizmäntel kann die Temperatur des Schmelz
klebers verhältnismäßig feinfühlig geregelt werden, in
dem die durch die Friktion bei der Förderung einge
brachte Wärme so gering wie möglich gehalten und die
erforderliche Wärme mittels der Heizmäntel gezielt
gesteuert wird.
Aus der US-PS 39 76 230 ist eine Vorrichtung zur Abgabe
von Polyurethanschaum bekannt, bei der im Strömungsweg
des Polyurethans eine elektrische Heizeinrichtung ange
ordnet ist, die dazu dient, den Schaum-Grundstoff
steuer- und regelbar zu erwärmen und so den Grundstoff
auf einer optimalen Temperatur zur Schaumbildung zu
halten. Am Ende der elektrischen Heizeinrichtung ist
ein Thermistor angebracht, der die Temperatur des durch
gehenden Material mißt und die Heizeinrichtung zum
Konstanthalten dieser Temperatur ansteuert.
Bei einer bekannten, in Fig. 1 dargestellten Vorrich
tung zum Aufbereiten und Abgeben von thermoplastischen
Kunststoffen wird die Erwärmung des thermoplastischen
Kunststoffs feinfühlig in der Weise gesteuert, daß der
thermoplastische Kunststoff abschnittsweise auf eine
konstante Temperatur geregelt wird.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zur Aufbereitung
und Abgabe von thermoplastischen Kunststoffen weist
eine Fördereinrichtung 2 in Form eines Extruders mit
einer in einer zylindrischen Kammer 21 drehbaren Förder
schnecke 22 auf. Der Außendurchmesser der Förder
schnecke 22 entspricht dabei etwa dem Innendurchmesser
der Kammer 21. Auf der Eingangsseite 25 der Förderein
richtung 2 ist die Kammer 21 mit einem Einfülltrichter
1 zur Aufnahme des üblicherweise granulatförmigen ther
moplastischen Kunststoffs verbunden. Auf der Ausgangs
seite 26 der Fördereinrichtung 2 ist die Kammer 21 auf
ihrer Stirnseite durch einen Verteiler 3 abgeschlossen,
der angrenzend an dem von der Kammer 21 gebildeten Hohl
raum eine koaxial zur Kammer 21 und zur Förderschnecke
22 angeordnete Mittenöffnung 31 sowie eine Mehrzahl von
davon ausgehenden Entnahmebohrungen 32 aufweist, die in
der der Kammer 21 abgewandten Stirnfläche 33 des Vertei
lers 3 enden und dort mit jeweils einem Verbindungsele
ment 41 verbunden sind, das an seinem freien Ende mit
einem als Düse ausgebildeten Werkzeug 42 versehen ist.
Das Werkzeug 42 enthält eine Öffnung 50 als Entnahme
stelle für den Austritt des thermoplastischen Kunst
stoffs.
Auf der Eingangsseite 25 der Kammer 21 ist die Förder
schnecke 22 über eine Kupplungseinrichtung 23 mit einem
Antriebsmotor 24 verbunden. Zusätzlich sind im Bereich
der Eingangsseite 25 die Kammer 21 und der Einfülltrich
ter 1 mit einer Einzugskühlung in Form von Kühlmänteln
28, 29 versehen.
Da die Temperaturregelung der aus dem DE-GM 82 27 606.4
bekannten Vorrichtung, wie oben dargestellt wurde, mit
einer gewissen Zeitverzögerung arbeitet und damit eine
gewisse Schwankung um den Sollwert erlaubt, ist zur Ver
besserung des Temperaturregelverhaltens die Heizstrecke
der Kammer 21 in eine Mehrzahl von Heizelementen 27
unterteilt, die nacheinander entlang der Längsrichtung
der Kammer 21 angeordnet sind. In jedem von jeweils
einem Heizelement 27 bestimmten Bereich der Kammer 21
ist jeweils ein Temperaturfühler 11, 12, 13 vorgesehen,
der jeweils mit einem Eingang einer Steuer- und Regel
einrichtung 5 verbunden ist.
Auf der Ausgangsseite 26 der Fördereinrichtung 2 ist im
Verteiler 3 eine Druckmeßeinrichtung 15 vorgesehen,
deren Ausgang mit der Steuer- und Regeleinrichtung 5
verbunden ist und den Druck des Schmelzklebers im
Bereich der Mittenöffnung 31 des Verteilers 3 erfaßt.
Die Steuer und Regeleinrichtung 5 ist zusätzlich mit
dem Antriebsmotor 24 zur Erfassung des Drehzahl-Ist
wertes sowie zur Drehzahlsteuerung bzw. zur Steuerung
des Drehwinkels des Antriebsmotors 24 verbunden.
Darüber hinaus steuert die Steuer- und Regeleinrichtung
5 die Kühlelemente 28, 29 für die Einzugskühlung, wobei
die Temperatur im Einzugsbereich mittels eines Tempera
turfühlers 14 erfaßt wird. Schließlich ist eine Vorrich
tung 16 zum unmittelbaren Erfassen des Volumen- oder
Massenstromes des von der Vorrichtung abgegebenen
thermoplastischen Kunststoffs mit der Steuer- und Regel
einrichtung 5 verbunden und gibt ein dem erfaßten
Volumen- oder Massestrom des thermoplastischen Kunst
stoffs entsprechendes Signal an die Steuer- und Regel
einrichtung 5 ab.
Während im kontinuierlichen Betrieb der Fördereinrich
tung die Menge und Temperatur des abgegebenen Schmelz
klebers sehr feinfühlig geregelt werden kann, treten
beim intermittierenden bzw. stochastischen Betrieb er
hebliche Probleme auf:
- 1. Bei einer Unterbrechung der Abgabe wird dem in der Kammer 21 der Fördereinrichtung 2 befindlichen ther moplastischen Kunststoff weiterhin über den zylindri schen Mantel der Kammer 21 die von der Heizeinrich tung abgegebene Wärme zugeführt, so daß die Gefahr des Verbrennens des in der Kammer 21 befindlichen thermoplastischen Kunststoffs besteht. Da die Tempe raturfühler zur möglichst exakten Erfassung der Tem peratur im Innern der Kammer 21 möglichst dicht an der Innenwandung der Kammer 21 angeordnet sind, wird die Energiezufuhr zu den Heizmänteln erst dann unter brochen, wenn ein entsprechender Temperaturanstieg gemeldet wird, so daß die durch die Zylinderwandung der Kammer 21 in das Innere der Kammer 21 gelangende Wärme noch zugeführt wird.
- 2. Wird die Entnahmestelle nach einer Unterbrechung der Entnahme des thermoplastischen Kunststoffs geöffnet, so vergeht wiederum eine bestimmte Zeitspanne bis die von der äußeren Wärmequelle abgegebene Wärme durch die Zylinderwandung der Kammer 21 in das Innere der Fördereinrichtung 1, d. h. zum thermo plastischen Kunststoff gelangt, nachdem die Tempera turfühler ein entsprechendes Absinken der Temperatur im Innenraum der Kammer 21 gemeldet haben. Dadurch bedingt verändert sich die von der Temperatur abhän gige Viskosität des thermoplastischen Kunststoffs und damit die Abgabemenge, so daß keine genaue Dosie rung des abgegebenen thermoplastischen Kunststoffs möglich ist.
Die in Fig. 2a dargestellte Temperaturverteilung über
die Zylinderwandung der Kammer 21 zeigt die Abhängig
keit der jeweiligen Temperatur von der Wandstärke d der
Zylinderwandung der Kammer 21, der von den die Kammer
21 umgebenden Heizmänteln zugeführten Wärmemenge sowie
der Wärmedurchgangszahl und verdeutlicht die Schwierig
keiten bei der Temperaturregelung im Innern der Kammer
21. Wird die von außen zugeführte Wärmemenge auf den
Temperatur-Sollwert eingestellt, so liegt an der Innen
wandung der Kammer 21 eine erheblich niedrigere Tempera
tur vor, die an die Schmelze abgegeben wird. Wird dage
gen die Temperatur an der Innenwandung der Kammer nahe
an den Temperatur-Sollwert gebracht, so ist eine erheb
lich höhere Temperatur an der Außenwandung erforder
lich, was bei einer plötzlichen Unterbrechung der
Abgabe des thermoplastischen Kunststoffes dazu führt,
daß die an der Zylinderwandung befindliche Wärme trotz
Unterbrechung der Wärmezufuhr noch an den in der Kammer
befindlichen thermoplastischen Kunststoff abgegeben
wird und die Gefahr der Überhitzung des thermoplasti
schen Kunststoffes mit sich bringt.
In Fig. 2b ist der Verlauf des Temperatur-Istwertes in
den einzelnen Heizzonen gemäß Fig. 1 über der Zeit nach
Umschaltung von einer Abgabemenge 0 auf maximale Abgabe
menge des thermoplastischen Kunststoffes sowie nach
plötzlicher Unterbrechung der Abgabe dargestellt. Die
Darstellung verdeutlicht die erheblichen Abweichungen
der in den einzelnen Heizzonen erfaßten Temperaturen
vom vorgegebenen Temperatur-Sollwert, wobei die Abwei
chungen von der ersten zur dritten Heizzone abnehmen,
jedoch in der der Entnahmestelle benachbarten Heizzone
noch so erheblich sind, daß keine definierte Abgabe des
plastifizierten thermoplastischen Kunststoffes gewähr
leistet ist. Darüber hinaus wird verdeutlicht, daß bei
plötzlicher Unterbrechung der Abgabe thermoplastischen
Kunststoffes die Überhitzung in der ersten und zweiten
Heizzone so groß ist, daß mit einem Verbrennen des in
diesen Heizzonen befindlichen thermoplastischen Kunst
stoffes und damit mit einer Zerstörung des thermo
plastichen Kunststoffes zu rechnen ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vor
richtung zur Aufbereitung und Abgabe eines thermo
plastischen Kunststoffes zu schaffen, die sowohl im
kontinuierlichen als auch im intermittierenden bzw.
diskontinuierlichen Betrieb eine konstante Temperatur
und Durchmischung des abzugebenden viskosen Mediums
gewährleistet, die bei Unterbrechnung der Entnahme
sicherstellt, daß das in der Vorrichtung befindliche
viskose Medium nicht überhitzt wird und die eine fein
stufige Regelung und optimale Aufbereitung des viskosen
Mediums ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
zwischen der Einspeisestelle und der Entnahmestelle
eine Vorrichtung zur direkten Erwärmung und Durch
mischung des viskosen Mediums vorgesehen ist.
Die erfindungsgemäße Lösung gewährleistet, daß sowohl
im kontinuierlichen als auch im diskontinuierlichen Be
trieb bei der Aufbereitung und Abgabe thermoplastischen
Kunststoffes eine konstante Abgabetemperatur des thermo
plastischen Kunststoffes gewährleistet ist und daß eine
Überhitzung bzw. ein Verbrennen des thermoplastischen
Kunststoffes bei Unterbrechung der Entnahme im Inneren
der Fördereinrichtung sicher vermieden wird. Infolge
der direkten Durchmischung des viskosen Mediums wird
sichergestellt, daß insbesondere bei zähflüssigen Mate
rialien sämtliche Partikel des viskosen Mediums erwärmt
werden, so daß an der Entnahmestelle eine homogene
Erwärmung des viskosen Mediums gegeben ist. Darüber
hinaus schafft die direkte Erwärmung und Durchmischung
die Voraussetzung für eine feinstufige Regelung und
optimale Aufbereitung des viskosen Mediums.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen
Lösung sind den Merkmalen der Unteransprüche zu ent
nehmen.
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungs
beispieles soll der der Erfindung zugrundeliegende
Gedanke näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Vor
richtung zum Aufbereiten Abgeben eines
viskosen Mediums mit einer Fördereinrich
tung und einer Einrichtung zur direkten
Erwärmung des viskosen Mediums;
Fig. 4 eine nach dem Schwerkraftprinzip arbeitende
Vorrichtung zur Aufbereitung und Abgabe
eines viskosen Mediums mit einer Vorrich
tung zur direkten Erwärmung des viskosen
Mediums;
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Vor
richtung zur Aufbereitung und Abgabe eines
viskosen Mediums mit einer Fördereinrich
tung, einem Verbindungselement und einem
Werkzeug mit direkter Erwärmung des visko
sen Mediums;
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Vor
richtung zur Aufbereitung und Abgabe von
thermoplastischen Kunststoffen mit einem
Mischgehäuse mit im Massestrom des thermo
plastischen Kunststoffes liegendem Heiz
element;
Fig. 7 eine detaillierte Darstellung des Misch
gehäuses gemäß Fig. 6 mit einer im Innern
befindlichen Heizwendel;
Fig. 8 einen Querschnitt durch das Mischgehäuse
entlang der Linie A-A;
Fig. 9 einen Längsschnitt durch eine als Heiz
wendel dienende Rohrpatrone;
Fig. 10 eine auf einem Wicklungskörper montierte,
in Längsrichtung konisch verlaufende Heiz
wendel und
Fig. 11 eine Seitenansicht sowie einen Querschnitt
durch den Wicklungskörper gemäß Fig. 10 mit
Mischplatten.
Die in Fig. 3 dargestellte schematische Anordnung einer
Vorrichtung zum Aufbereiten und Abgeben eines viskosen
Mediums umfaßt eine Zufuhreinrichtung 1 in Form eines
trichterförmigen Vorratsbehälters, in die ggf. ein mit
einem Kneter o.dgl. bei geringer Temperatur vorge
mischtes viskoses Medium eingefüllt wird. Von der
Zufuhreinrichtung gelangt das entsprechend vorbehan
delte oder in seinem ursprünglichen Zustand befindliche
viskose Medium über eine Fördereinrichtung 2, beispiels
weise in Form einer Pumpe, eines Extruders o.dgl. zu
einer Abgabeeinrichtung 4, in der ein Heizelement 6
angerodnet ist. In dieser Abgabeeinrichtung 4 erfolgt
die Entmischung und Homogenisierung des viskosen
Mediums bei gleichzeitiger Temperaturerhöhung durch die
vom Heizelement 6 zugeführte Wärme, wobei vorzugsweise
sowohl an der Einspeisestelle als auch an der Entnahme
stelle Wärmefühler 71, 72 eingesetzt sind, die eine
exakte Temperaturregelung im Innern der Abgabeeinrich
tung ermöglichen, so daß das viskose Medium in der
Abgabeeinrichtung auf eine eingestellte Temperatur
gehalten werden kann.
In Fig. 3 sind ebenso wie in der nachstehend beschrie
benen Vorrichtung gemäß Fig. 4 keine Verbindungen zur
Steuer- und Regeleinrichtung sowie zur Heizeinrichtung
für das Heizelement 6 dargestellt.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Vor
richtung zur Aufbereitung und Abgabe eines viskosen
Mediums mit Schwerkraftförderung, d. h. ohne Anordnung
eines Förderaggregats.
Bei dieser Vorrichtung ist die Zufuhreinrichtung 1 in
Form eines mit wahlweise vorbehandeltem viskosen Medium
gefüllten Vorratsbehälter über eine Abgabeeinrichtung 4
angeordnet, so daß der Massestrom über eine Füllstands
regelung der Zufuhreinrichtung 1 erfolgen kann.
Analog zur Vorrichtung gemäß Fig. 3 erfolgt eine
direkte Erwärmung sowie Entmischung und Homogenisierung
des viskosen Mediums in der Abgabeeinrichtung 4, in der
ein Heizelement, vorzugsweise in Form einer von elek
trischem Strom durchflossenen Heizwendel, angeordnet
ist. Zur exakten Temperaturregelung kann sowohl an der
Einspeisestelle als auch an der Entnahmestelle ein Tem
peraturfühler 71, 72 angeordnet werden, der die exakte
Temperatureinstellung im Innern der Abgabeeinrichtung 4
ermöglicht.
Neben dieser schematisch dargestellten einstufigen Ent
mischung und Homogenisierung des viskosen Mediums bei
gleichzeitiger Temperaturerhöhung ist eine mehrstufige
Anordnung möglich, so daß unterschiedliche Mischquali
täten und Temperaturzonen erzielt werden können. Dies
kann beispielsweise in der Weise geschehen, daß der
jeweiligen Abgabeeinrichtung weitere, getrennte Abgabe
einrichtungen nachgeordnet sind, so daß eine stufen
weise Temperaturerhöhung sowie eine mit der Erwärmung
des viskosen Mediums und damit der Abnahme seiner Fähig
keit ansteigende Misch- und Homogenisierungsstärke
erfolgen kann.
Fig. 5 zeigt eine ebenfalls schematische Darstellung
einer Vorrichtung zur Aufbereitung und Abgabe von
viskosen Medien in Form von Klebstoff- und Dichtmassen.
Die Vorrichtung umfaßt eine Zufuhreinrichtung bzw.
einen Vorratsbehälter 1, in dem ggf. nach einer ent
sprechenden Vorbehandlung der betreffende Klebstoff
bzw. die Dichtmasse eingebracht ist. Über eine Förder
einrichtung 2, beispielsweise in Form einer Pumpe, so
wie ein Verbindungselement 41 in Form eines Schlauches
wird der Klebstoff bzw. die Dichtmasse zu einem Werk
zeug 42 in Form einer Düse gefördert, wobei im Strö
mungsweg des Klebstoffes bzw. der Dichtmasse im Innern
des Werkzeug, beispielsweise im Handgriff, ein Heizele
ment 6 in Form einer Heizwendel angeordnet ist. Der
hier angelangte Klebstoff bzw. die Dichtmasse wird am
Ort des Heizelementes auf die gewünschte Austrittstem
peratur gebracht und so durchmischt, daß eine gleich
mäßige Durchwärmung des Klebstoffes bzw. der Dichtmasse
erfolgt.
Zur Temperaturregelung können mehrere Temperaturfühler
73, 74, 75, 76, 77 auf dem Transportweg des Klebstoffes
bzw. der Dichtmasse angeordnet und mit einer Steuer
und Regeleinrichtung 5 verbunden werden. Im vorliegen
den schematischen Beispiel ist ein Temperaturfühler 73
im Vorratsbehälter 1, ein weiterer Temperaturfühler 74
im Bereich des Verbindungselementes 41, je ein Tempe
raturfühler 75, 76 auf der Eingangsseite bzw. der Ent
nahmestelle des Werkzeuges 42 und schließlich ein Tempe
raturfühler 77 unmittelbar im Bereich des Austritts des
Klebstoffs bzw. der Dichtmasse angeordnet.
Durch diese sehr exakte Temperaturerfassung kann die
Vorerwärmung des viskosen Mediums in Abhängigkeit von
der Vorbehandlung bzw. dem Transportweg sowie die end
gültige Abgabetemperatur des viskosen Mediums exakt
geregelt werden.
Neben den vorstehend beschriebenen Vorrichtungen kann
die Vorrichtung zur Aufbereitung und Abgabe viskoser
Medien auch in anderen Bereichen, wie beispielsweise in
Faßschmelzeinrichtungen und Extrudern eingesetzt wer
den. Anhand des nachstehend erläuterten Ausführungsbei
spieles unter Verwendung eines Extruders zur Abgabe von
Heißschmelzklebern soll die Funktionsweise der erfin
dungsgemäßen Vorrichtung detailliert erläutert werden.
Die in Fig. 6 dargestellte Vorrichtung entspricht in
ihren Grundzügen der Vorrichtung gemäß Fig. 1, wobei
gleiche Bauteile mit gleichen Bezugsziffern versehen
sind. Die Fördereinrichtung 2 in Form eines Extruders
besteht aus einer zylindrischen Kammer 21 mit einer
darin drehbar gelagerten Förderschnecke 22, deren Außen
durchmesser in etwa dem Innendurchmesser der Kammer 21
entspricht, während der Kerndurchmesser der Förder
schnecke einen gleichbleibenden oder in Richtung auf
die Entnahmestelle zunehmenden Querschnitt aufweisen
kann. Auf der Eingangsseite 25 der Fördereinrichtung 2
ist die Kammer 21 mit einem Einfülltrichter 1 zur Auf
nahme des granulatförmigen Heißschmelzklebers bzw. vis
kosen Mediums verbunden, während auf der Ausgangsseite
der Fördereinrichtung 2 die Kammer 21 auf ihrer Stirn
seite durch eine Entnahmestelle 8 abgeschlossen ist.
Die Entnahmestelle 8 weist eine durchgehende Mitten
öffnung 81 auf, an die sich an der der Kammer 21 abge
wandten Stirnfläche 83 der Entnahmestelle 8 eine oder
mehrere mit der Mittenöffnung 81 verbundene Düsen 82
anschließen, die über Verbindungsleitungen oder
-schläuche mit entsprechenden Werkzeugen zum Auftragen
des plastifizierten thermoplastischen Kunststoffes ver
bunden sind.
Auf der Eingangsseite 25 der Kammer 21 ist die Förder
schnecke 22 über eine Kupplungseinrichtung 23 mit einem
Antriebsmotor 24 verbunden. Zusätzlich sind im Bereich
der Eingangsseite 25 die Kammer 21 und der Einfülltrich
ter 1 mit einer Einzugskühlung in Form von Kühlmänteln
28, 29 versehen. Der an den Einfülltrichter angrenzende
Bereich der Kammer 21 ist üblicherweise als heizfreie
Zone ausgebildet, an den sich ein Bereich anschließt,
der wahlweise eine oder mehrere Heizvorrichtungen in
Form von Heizelementen 27 aufweisen kann, die sich um
die äußere Umfangsfläche der Kammer 21 erstrecken.
Auf der Ausgangsseite 26 der Fördereinrichtung 2 ist
eine Druckmeßeinrichtung 15 vorgesehen, deren Ausgang
über eine Leitung 91 mit einem ersten Eingang 94 einer
Steuer- und Regeleinrichtung 5 verbunden ist. Die Druck
meßeinrichtung 15 ist so angeordnet, daß sie den Druck
des Schmelzklebers im Bereich der Mittenöffnung 81
erfaßt.
An einem zweiten Eingang 95 ist die Steuer- und Regel
einrichtung 5 mit einem Druck-Sollwertgeber 51 und über
einen dritten Eingang 96 mit einem Ausgang 108 des
Antriebsmotors 24 zur Abgabe des Drehzahl-Istwertes des
Antriebsmotors 24 bzw. Drehwinkel-Istwertes verbunden.
Über einen vierten Eingang 97 ist die Steuer- und Regel
einrichtung 5 mit einem Drehzahl-Sollwertgeber 52 ver
bunden, während ein erster Ausgang 98 der Steuer- und
Regeleinrichtung 5 an einen Steuereingang 109 des An
triebsmotors 24 zur Steuerung der Drehzahl bzw. des
Drehwinkels des Antriebsmotors 24 angeschlossen ist.
Erfindungsgemäß ist zwischen der Entnahmestelle 8 und
dem Ende der Förderschnecke 22 die Kammer 21 als Misch
und Homogenisierungskammer 20 mit einer darin angeord
neten Heizwendel 6 ausgebildet. Die Heizwendel 6 weist
an ihrem vorderen, der Entnahmestelle 8 benachbarten
Ende einen Wärmefühler 72 auf und ist am rückwärtigen
Ende der Mischkammer 20 sowohl mit einer Heizein
richtung 9 als auch mit einem fünften Eingang 99 der
Steuer- und Regeleinrichtung 5 verbunden, die über
einen zweiten Ausgang 100 mit der Heizeinrichtung 9
verbunden ist.
Über einen sechsten Eingang 101 ist die Steuer- und
Regeleinrichtung 5 mit einem Temperatur-Sollwertgeber
53 verbunden, über den die gewünschte Temperatur des
thermoplastischen Kunststoffes am Ende der Förderein
richtung 2 einstellbar ist, so daß die Heizelemente 27
sowie die Heizwendel 6 in bestimmter Weise angesteuert
werden können.
Schließlich ist die Steuer- und Regeleinrichtung 5 über
einen siebenten Eingang 102 und eine Leitung 93 mit
einem zweiten Temperaturfühler 73 im Bereich der Ein
zugskühlung verbunden und steuert über einen dritten
Ausgang 103 die Kühlelemente 28, 29 so an, daß ein vor
gegebener Temperaturwert im Bereich der Eingangsseite
der Fördereinrichtung 2 nicht überschritten wird. Ein
entsprechender Temperatur-Sollwert für den Bereich der
Einzugskühlung wird von einem zweiten Temperatur-Soll
wertgeber 54 an einen achten Eingang 105 der Steuer
und Regeleinrichtung 5 abgegeben.
Über einen neunten Eingang 106 erhält die Steuer- und
Regeleinrichtung 5 vom an der Ausgangsseite der Förder
einrichtung 2 angeordneten Wärmefühler 71 die Tempera
tur des viskosen Mediums am Ende der Fördereinrichtung
2 unter Berücksichtigung der dem viskosen Medium zuge
führten Friktionswärme sowie von den äußeren Heizele
menten 27 zugeführten Wärme. Über einen weiteren Aus
gang 107 steuert die Steuer- und Regeleinrichtung 5 die
Wärme des Heizelementes 27.
Im Betrieb wird über den Einfülltrichter 1 ein viskoses
Medium, vorzugsweise in Granulatform der Fördereinrich
tung 2 zugeführt und von der Förderschnecke 22 zur Aus
gangsseite gefördert. Die an der Eingangsseite vorhan
dene Einzugskühlung 28, 29 verhindert beispielsweise
ein vorzeitiges Plastifizieren eines thermoplastischen
Kunststoffes als viskoses Medium und damit ein Verkle
ben der Eingangsseite nach einer Unterbrechung der För
derung. Während der Förderung durch die Förderschnecke
22 wird der thermoplastische Kunststoff beispielsweise
durch zunehmenden Kerndurchmesser der Förderschnecke 22
verdichtet, wobei durch die bei der Förderung auftre
tende Reibungswärme und zusätzlich über die von den
ggf. vorgesehenen Heizelementen 27 zugeführte Wärme der
thermoplastische Kunststoff erwärmt und schließlich
plastifiziert wird.
Der in die Mischkammer 20 gelangende plastifizierte
thermoplastische Kunststoff wird mittels der in bestimm
ter Geometrie angeordneten Heizwendel 6 durchmischt und
in Abhängigkeit von der am Temperaturfühler 72 bzw. von
der vom Temperaturfühler 71 ermittelten Temperatur-Ist
wert aufgeheizt. Bei einer Unterbrechung der Entnahme
kann somit durch sofortiges Abschalten der Energiezu
fuhr zur Heizwendel 6 eine weitere Erwärmung des in der
Mischkammer 20 befindlichen thermoplastischen Kunst
stoffes verhindert werden. Damit wird vermieden, daß am
Ort der stärksten Erhitzung des in der Kammer 21 befind
lichen thermoplastischen Kunststoffes ein Überhitzen
bzw. Verbrennen des Materials erfolgt.
Für die Dauer der Unterbrechung der Entnahme wird die
Heizwendel 6 zur Aufrechterhaltung einer bestimmten
Sollwerttemperatur im Inneren der Mischkammer 20 mit
Energie versorgt. Dadurch ist es möglich, daß bei der
anschließenden Entnahme des thermoplastischen Kunst
stoffes sofort die gewünschte Sollwerttemperatur vor
liegt.
Während der Entnahme des thermoplastischen Kunststoffes
wird in Abhängigkeit vom jeweiligen Massestrom die Ener
giezufuhr zur Heizwendel 6 so geregelt, daß der am Ther
mofühler 72 erfaßte Temperatur-Istwert dem gewünschten
Temperatur-Sollwert entspricht. Wird demzufolge der
Massestrom verringert, d. h. die Verweilzeit des thermo
plastischen Kunststoffes in der Kammer 21 erhöht, so
kann unter Berücksichtigung einer verringerten Friktion
die der Heizwendel 6 sowie ggf. dem Heizmantel 27 zuge
führte Energie entsprechend herabgesetzt werden.
In Verbindung mit einer kombinierten Druck/Drehzahlrege
lung kann durch die schnelle Temperaturregelung infolge
der bekannten Abhängigkeit der Viskosität des thermo
plastischen Kunststoffes von der Temperatur sicherge
stellt werden, daß auch bei starker Entnahme unmittel
bar im Anschluß an eine Pausenzeit ein konstanter Masse
strom bei der Abgabe des thermoplastischen Kunststoffes
gewährleistet ist, wobei Voraussetzung für eine
schnelle Regelung des konstanten Massestromes ein ent
sprechend schneller Antriebsmotor 24 ist, der in der
Lage sein muß, während der Pausenzeit zur Kompensation
der Druckverluste geringfügige Förderschnecken-Umdre
hungen zu bewerkstelligen und gleichzeitig bei stark
ansteigender Entnahme das erforderliche Drehmoment auf
bringt, um die Förderschnecke 22 entsprechend stark zu
beschleunigen bzw. entsprechend schnell zu drehen.
Der in Fig. 7 dargestellte Längsschnitt durch die Misch
kammer zeigt im einzelnen die Anordnung und Geometrie
der Heizwendel 6, die durch eine entsprechende Durchfüh
rung 200 in der Mischkammerwand mit der Heizeinrichtung
9 bzw. der Steuer- und Regeleinrichtung 5 verbunden
ist. Wie der Darstellung gemäß den Fig. 7 und 8, wobei
letztere einem Querschnitt durch die Mischkammer 20
entlang der Linie A-A entspricht, zu entnehmen ist,
sind die Wicklungen der Heizwendel 6 in Form von anein
andergereihten Achten ausgeführt, die jeweils um 45°
zueinander versetzt sind. Anstelle der aneinanderge
reihten Achten ist selbstverständlich auch jede andere
geometrische Form möglich, bei der die Wendeln in ent
sprechendem Maße gegeneinander versetzt sind, so daß
eine gute Durchmischung und Homogenisierung des vis
kosen Mediums gewährleistet ist. Im Falle einer direk
ten Erwärmung ohne Mischeffekt, kann eine geradlinige
Heizwendel oder Heizpatrone verwendet werden. In Verbin
dung mit der Länge der Mischkammer 20 sowie der Dicke
der Heizwendel 6 wird erreicht, daß im Durchblick durch
die Mischkammer jede beliebige Stelle des Querschnittes
der Mischkammer von der Heizwendel belegt ist, so daß
beim Durchströmen des thermoplastischen Kunststoffes
jeder beliebige Strömungspfad auf einen Teil der Heiz
wendel trifft. Dadurch wird erreicht, daß neben einer
optimalen Durchmischung und Homogenisierung des thermo
plastischen Kunststoffes keine sogenannten "kalten Stel
len" auftreten können, die die Regelung der Abgabemenge
bzw. Viskosität des thermoplastischen Kunststoffes
beeinträchtigen könnten.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die
Mischkammer eine Länge von ca. 300 mm zur Aufnahme der
Windungen der Heizwendel auf, die bei ca. 22 Windungen
eine Länge von ca. 2,8 m aufweist, wobei der Innenquer
schnitt der Mischkammer 20 ca. 334 cm2 beträgt.
Selbstverständlich sind auch andere Wickelformen der
Heizwendel 6 möglich, beispielsweise spiralförmige Win
dungen mit ab- und zunehmendem Querschnitt oder gegen
einander versetzte, mäanderförmige Windungen o.dgl..
Die Heizwendel 6 kann integral mit einem oder mehreren
Wärmefühlern 71, 72 verbunden sein, wobei ein erster
Wärmefühler 71 am Eintritt der Heizwendel in die Misch
kammer 20 angeordnet ist, während ein zweiter Wärmefüh
ler 72 am Austrittsende vorgesehen und so angeordnet
ist, daß er in partiellem Kontakt mit der Wendel steht.
Vorzugsweise kann die Heizwendel 6 aus einer Wendelrohr
patrone bestehen, wie sie in Fig. 9 dargestellt ist.
Eine derartige Wendelrohrpatrone enthält einen Patronen
mantel 62, in dem eine Heizleiterwendel 63 sowie ein
Thermofühler mit Zuleitung angeordnet ist. Zwischen dem
Patronenmantel, der Heizleiterwendel und dem Thermofüh
ler ist hochverdichtetes Isoliermaterial 65 vorgesehen.
Die Wendelrohrpatrone kann in eine beheizte Zone 6 a,
eine daran anschließende unbeheizte Zone 6 b und in
einen Patronenkopf 6 c unterteilt werden, wobei in der
unbeheizten Zone 6 b der zur Heizleiterwendel führende
Heizleiterdraht untergebracht ist, während im Patronen
kopf der Heizleiterdraht 66 durch eine flexible Litze
67 umgeben ist. Die beheizte sowie unbeheizte Zone 6 a
bzw. 6 b kann in beliebiger Länge ausgeführt werden, so
daß je nach Anforderung die Heizwendel mit einer länge
ren oder kürzeren beheizten Zone ausgeführt werden
kann.
Neben der oben dargestellten direkten Erwärmung des
thermoplastischen Kunststoffes durch eine in einer
Mischkammer angeordnete Heizwendel nach Art des "Tauch
siederprinzips" sind auch andere Formen der direkten Er
wärmung des in der Mischkammer befindlichen Materials
möglich.
So kann beispielsweise dem thermoplastischen Kunststoff
ein elektrisch leitfähiges Material in Form von leit
fähigen Partikelchen zugesetzt werden, die eine induk
tive Erwärmung im Bereich der Mischkammer durch an der
Wandung der Mischkammer angebrachte Induktionsspulen er
möglichen.
In ähnlicher Weise kann das in der Mischkammer befind
liche Material durch Mikrowellenschwingungen erhitzt
werden, wobei die zylindrische Wandung der Mischkammer
aus keramischem Material oder Kunststoff besteht.
In Fig. 10a ist eine Seitenansicht einer auf einen
Wickelkörper angeordneten Heizwendel 6 dargestellt,
während Fig. 10b eine Seitenansicht der Anordnung gemäß
Fig. 10a zeigt.
Fig. 11a zeigt isoliert den Wickelkörper der Anordnung
und Fig. 10a und Fig. 11b zeigen eine Seitenansicht des
Wickelkörpers gemäß Fig. 11a.
Die in Fig. 10a dargestellte Heizwendel 6 ist auf einen
aus zwei senkrecht zueinander stehenden Wicklungskörper
platten 91, 92 zusammengesetzten Wicklungskörper 90
gewickelt, wobei der Wicklungskörper 90 konisch ver
lauende Abschnitte aufweist, die nach Art einer Sinus
welle zusammengesetzt sind. In den Wicklungskörper
platten sind Nuten 93 zur Aufnahme der Heizwendel 6
vorgesehen.
Am Ende der Heizwendel 6 ist ein Wärmefühler 72 inte
gral mit der Heizwendel verbunden und ermöglicht die
Erfassung der Austrittstemperatur des viskosen Mediums
nach Verlassen der direkten Erwärmungseinrichtung.
Die Erwärmung der Heizwendel 6 erfolgt über eine Zu
leitung 67, während der Wärmefühler 72 über eine kon
zentrische Wicklung 64 nach außen geführt ist.
Der Wicklungskörper 90 dient sowohl zur Stützung und
Formung der Heizwendel 6 als auch zur zusätzlichen
Durchmischung des an ihm vorbeiströmenden viskosen
Mediums. Zur Erhöhung des Durchmischungsgrades und
damit der Homogenisierung des viskosen Mediums sind am
Wicklungskörper 90 Klappen 94 vorgesehen, die vorzugs
weise durch Ausstanzen aus den Wicklungskörperplatten
91, 92 gebildet werden. Die in den Darstellungen gemäß
den Fig. 10a und 11a dargestellten Wicklungsklappen 94
können an verschiedenen Stellen im Bereich des Wick
lungskörpers 90 angeordnet werden; je nach dem Grad der
gewünschten Durchmischung.
Selbstverständlich sind auch andere Wicklungskörper
formen als die dargestellte, aus konischen Abschnitten
zusammengesetzte Form möglich und können je nach Art
des viskosen Mediums sowie dessen Viskosität eingesetzt
bzw. modifiziert werden.
Claims (16)
1. Vorrichtung zur Aufbereitung und Abgabe viskoser
Medien mit einer Zufuhreinrichtung zur Zufuhr des vis
kosen Mediums an einer Einspeisestelle, einer Förder
einrichtung, die das viskose Medium von einer Einspeise
stelle zu einer Entnahmestelle fördert und mit einer
den Durchsatz regelnden Steuer- und Regeleinrichtung,
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Einspeise
stelle (25) und der Entnahmestelle (50) eine Vorrich
tung (6) zur direkten Erwärmung und Durchmischung des
viskosen Mediums vorgesehen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (6) zur
direkten Erwärmung und Durchmischung des viskosen
Mediums aus einer mit einer Heizeinrichtung (9) ver
bunden Heizwendel (6) oder Heizpatrone besteht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2 für einen Extruder mit
einer in einer Kammereinrichtung angeordneten und mit
einer Antriebseinrichtung verbundenen Förderschnecke,
mit einem Vorratsbehälter verbundenen Eingangsseite und
einem an der Ausgangsseite der Kammer angeordneten Ver
teiler, an den über ein Verbindungselement mindestens
ein Werkzeug anschließbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Heizwendel (6) zum
Erhitzen und Durchmischen des viskosen Mediums unmittel
bar im Innenraum der Kammer (21) der Fördereinrichtung
(2), vorzugsweise zwischen dem Verteiler (3) und dem
Ende der Förderschnecke (22) angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3 für einen
Extruder mit einer in einer Kammereinrichtung angeord
neten und mit einer Antriebseinrichtung verbundenen
Förderschnecke, mit einem Vorratsbehälter verbundenen
Eingangsseite und einem an der Ausgangsseite der Kammer
angeordneten Verteiler, an den über ein Verbindungs
element mindestens ein Werkzeug anschließbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Heizwendel (6) zum
Erhitzen und Durchmischen des viskosen Mediums im
Verteiler (3) angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4 für
einen Extruder mit einer in einer Kammereinrichtung
angeordneten und mit einer Antriebseinrichtung ver
bundenen Förderschnecke, mit einem Vorratsbehälter
verbundenen Eingangsseite und einem an der Ausgangs
seite der Kammer angeordneten Verteiler, an den über
ein Verbindungselement mindestens ein Werkzeug an
schließbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Heizwendel (6) zum
Erhitzen und Durchmischen des viskosen Mediums im
Verbindungselement (41) angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5 für
einen Extruder mit einer in einer Kammereinrichtung
angeordneten und mit einer Antriebseinrichtung ver
bundenen Förderschnecke, mit einem Vorratsbehälter
verbundenen Eingangsseite und einem an der Ausgangs
seite der Kammer angeordneten Verteiler, an den über
ein Verbindungselement mindestens ein Werkzeug an
schließbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Heizwendel (6) zum
Erhitzen und Durchmischen des viskosen Mediums im Werk
zeug (42) angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuer- und Regelein
richtung (5) vorgesehen ist, die eingangsseitig mit
einem oder mehreren im Strömungsweg des viskosen
Mediums angeordneten Temperaturfühlern (71-77) und
der Heizeinrichtung (9) verbunden ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Heizwendel oder Heiz
patrone (6) aus einer Rohrpatrone besteht, in der eine
Heizleiterwendel (63), deren äußere Anschlüsse (67) mit
einer Stromversorgungseinrichtung verbunden sind, und
eine mit der Steuer- und Regeleinrichtung (5) verbun
dene Thermoleitung (64) angeordnet sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Thermofühler
(71) am stromabwärts gelegenen Ende der Heizwendel (6)
in der Weise angeordnet ist, daß der erste Temperatur
fühler (71) an einem Teil der Heizwendel (6) abgestützt
ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen oder
Patronen der Heizwendel (6) über die Länge der Heiz
wendel oder Heizstrecke so gegeneinander versetzt sind,
daß der Massestrom des viskosen Mediums über die Länge
der Heizwendel oder Heizstrecke an jeder Stelle der
Innenfläche der Kammer (21) mit der Heizwendel oder
Heizpatrone (7) in Berührung kommt und ein geradlinig
parallel zur Kammerwand verlaufender Massepfad des
viskosen Mediums an mindestens einer Stelle durch die
Heizwendel oder Heizpatrone 6 unterbrochen wird.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen der Heiz
wendel (6) aus einer fortlaufenden geometrischen Kon
figuration besteht, die um jeweils eine bestimmte Grad
zahl zueinander versetzt sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die Heizwendel (6) auf
einem zylindrischen, konischen oder mehrfach konisch
verlaufenden Wicklungskörper (90) angeordnet ist, wobei
der Wicklungskörper (90) mehrere Mischklappen (94) zur
Strömungsverteilung aufweist.
13. Vorrichtung nach 12,
dadurch gekennzeichnet, daß der Wicklungsköper (90) aus
zwei sich senkrecht kreuzenden Wicklungskörperplatten
(91, 92) besteht, deren Außenseiten mit Nuten (93) zur
Aufnahme der Heizwendel (6) versehen sind und daß die
Mischklappen (94) aus von den Wicklungskörperplatten
(91, 92) abgebogenen Plattenelementen bestehen.
14. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß in der Fördereinrichtung
(2), dem Verbindungselement (41) und dem Werkzeug (42)
Heizelemente (6) angeordnet und mit einer Heizeinrich
tung (9) in der Weise verbunden sind, daß das viskose
Medium stufenweise von der Einspeisestelle (25) bis zur
Entnahmestelle (50) erwärmt wird.
15. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß dem viskosen Medium elek
trisch leitfähige Partikel zugesetzt sind und daß im
Strömungsweg des viskosen Mediums induktive Heizeinrich
tungen vorgesehen sind.
16. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil des
Strömungsweges des viskosen Mediums aus einem elek
trisch nicht leitfähigen Stoff, vorzugsweise Kunststoff
oder Keramik besteht und daß an der Außenwand des
Strömungsweges eine Mikrowellen-Heizeinrichtung vorge
sehen ist.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19853525982 DE3525982A1 (de) | 1985-07-20 | 1985-07-20 | Vorrichtung zur aufbereitung und abgabe viskoser medien |
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DE3525982A1 true DE3525982A1 (de) | 1987-01-29 |
DE3525982C2 DE3525982C2 (de) | 1989-02-23 |
Family
ID=6276295
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8128 | New person/name/address of the agent |
Representative=s name: EISENFUEHR, G., DIPL.-ING. SPEISER, D., DIPL.-ING. |
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D2 | Grant after examination | ||
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