DE4014408C1 - Heating materials during work process in closed work area - involves rotating work member, feeding gaseous heat carrier into handling zone and then removing gas - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erhitzen von Materialien während der Verarbeitung in einem geschlossenen Arbeitsraum in mindestens einer Behandlungszone, insbesondere durch wenigstens ein rotierendes und/oder oszillierendes von einem Gehäuse umgebenes Arbeitsorgan. Einen weiteren Gegenstand der Erfindung bildet eine entsprechende Einrichtung, welche vorzugsweise ein rotierendes und ggf. oszillierendes Arbeits­ organ aufweist.

Solche Einrichtungen werden in erster Linie in der chemischen, thermischen und mechanischen Verfahrenstechnik eingesetzt und sind beispielsweise als Extruder oder sog. "Ko-Kneter" zum Mi­ schen und Kneten der verschiedensten Materialien weltweit be­ kannt geworden. Während des Misch- und Knetprozesses ist oft ein Erhitzen der Materialien notwendig. Dies ist dann mit gro­ ßen Schwierigkeiten verbunden, wenn Temperaturen von 150-600°C erreicht werden müssen. Der Verwendung von Wasser sind enge Grenzen gesetzt und bei der Verwendung von Öl als Wärmeträger sind die Vorschriften bezüglich Sicherheit und Umweltschutz nur schwer einzuhalten, da ein Entweichen von heißem Öl praktisch kaum verhindert werden kann. Darüber hinaus ist Öl ohne besond­ ere Vorkehrungen im Dauerbetrieb nur auf etwa 250-300°C erhitzbar, während zur Verarbeitung gewisser Polymere höhere Temperaturen erforderlich sind, da der Schmelzpunkt oder die Verarbeitungs­ temperaturen solcher Polymere bei 400-500°C liegen.

Es ist ferner zu berücksichtigen, daß die Erwärmung von Öl sehr energieintensiv und dementsprechend teuer ist.

Eine andere Schwierigkeit entsteht bei der Gestaltung der Zu- und Abfuhr des Wärmeträgers an die Bearbeitungsstelle durch die rotierende und/oder oszillierende Arbeitswelle. Zum Anschlie­ ßen einer ortsfesten Leitung an ein rotierendes und oszillie­ rendes Arbeitsorgan sind sog. Rotospeiseköpfe bekannt, welche Stopfbüchsen- oder Gleitringdichtungen beinhalten, die nur schwer absolut dicht zu halten sind, was insbesondere bei Ver­ wendung von heißem Öl sicherheitstechnisch problematisch wird.

Die durch die vorliegende Erfindung zu lösende Aufgabe ist, ein Verfahren vorzuschlagen, mittels welchem das Erhitzen von Ma­ terialien während der Verarbeitung in einer Behandlungszone, wo vorzugsweise ein rotierendes und/oder oszillierendes Arbeitsor­ gan eingesetzt wird, für sehr hohe Temperaturen leicht, einfach und kostengünstig und ohne Gefährdung der Umwelt erfolgen kann.

Zur Lösung der erfindungsgemäß gestellten Aufgabe wird das in Anspruch 1 definierte Verfahren vorgeschlagen, welches zweck­ mäßigerweise mit Hilfe einer Einrichtung ausgeführt werden kann, die in den Ansprüchen 4-7 näher bestimmt ist. Das Verfah­ ren unterscheidet sich grundsätzlich vom Stande der Technik, wie dies aus der DE-PS 28 13 585 bekanntgeworden ist. In diesem Patent ist ein Schneckenextruder zum Verarbeiten von Kunststoff in Granulat- oder Pulverform beschrieben, wobei jedoch aus­ schließlich die Kühlung der verschiedenen Schneckenzonen be­ handelt wird. Eine ebenfalls bekannte Strangpresse nach der DE-OS 16 29 729 löst auch nicht die durch die Erfindung ge­ stellte Aufgabe und versucht nur die Nachteile von Wasserküh­ lungssystemen zu vermeiden. Zur Anwendung gelangt ein Luftküh­ lungssystem mit verbessertem Wärmeaustausch. Schließlich weist der aus der DE-OS 28 01 499 bekanntgewordene Extruder eine Kühl- und Heizeinrichtung zum Beaufschlagen des Extruderzy­ linders auf und bezweckt die Regelung der Temperatur der Kunst­ stoffe im Extruder.

Auf beiliegender Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Einrichtung dargestellt, wobei die für die Erfindung wesentlichen Teile einer Misch- und Kneteinrichtung im Ver­ tikalschnitt gezeigt sind.

In der Zeichnung ist das dem Arbeitsorgan abgekehrte Ende einer Einrichtung zum Mischen und Kneten von Materialien, denen unter Umständen flüssige Komponenten beigemischt wer­ den, im Vertikalschnitt gezeigt. Zu diesem Zwecke ist eine in einem Misch- und Knetgehäuse drehbare und gleichzeitig hin- und herbewegbare Welle vorgesehen, welche als mit mehrfach unterbrochenen Schneckengängen ausgestalteten Ar­ beitsorganen ausgerüstet ist, die mit an der Gehäusewand befestigten Knetbolzen zusammenwirken, die sich gegen die Welle erstrecken und bei der rotierenden und oszillieren­ den Bewegung der Schnecke durch die Unterbrüche der Schneckengänge treten.

Solche Misch- und Kneteinrichtungen sind bekannt und weit verbreitet. Das notwendige Beheizen der Misch- und Knetzo­ ne erfolgt durch die Zu- und Abfuhr eines flüssigen Heizme­ diums durch die mit Längsbohrungen ausgerüstete Welle.

Gemäß der Erfindung wird an Stelle eines flüssigen Heizme­ diums ein gasförmiger Wärmeträger wie z. B. Luft verwendet, welcher durch das Rohr in das Innere der Welle geleitet wird, deren aus der Zeichnung sichtbares Ende mit 1 be­ zeichnet ist. Das Wellenende besteht aus zwei konzentri­ schen Rohren, zwischen welchen das entsprechende Wellenen­ de des eigentlichen, mit den Scraubenlinienförmigen Misch- und Kentorganen ausgerüsteten Arbeitsorganes eingeschraubt ist.

Das Getriebe zum rotierenden und oszillierenden Antreiben der Welle weist einen in einem Getriebegehäuse 2 angeordne­ ten Kugelsitz 3 auf, in welchem das Oszillieren mittels ei­ nes eine Taumelbewegung ausführenden Organes erzeugt und auf die Welle 1 übertragen wird.

Die Welle 1 weist eine durchgehende Bohrung 5 auf, welche in die entsprechende Bohrung der die Fortsetzung bildenden und die Arbeitsorgane tragenden Welle (nicht gezeigt) über­ geht. Die letztere Bohrung endet vor dem Wellenende und bildete eine Sackbohrung. In diese Sackbohrung 5 ist eine starre Leitung oder ein Rohr 6 eingesetzt, welches ebenfalls aus mehreren, vorzugsweise zusammengeschraubten Rohrteilen bestehen kann, wobei das Gesamtrohr sich bis vor das Ende der Sackbohrung erstreckt. Der Außendurchmes­ ser des Rohres 6 ist etwas kleiner als der Durchmesser der Sack­ bohrung 5, so daß das Rohr 6 von einem ringförmigen Hohl­ raum 7 umgeben ist. Das Wellenende 1 ist mit einer zylin­ drischen Verlängerung 8 versehen, welche an der Stirnflä­ che des Wellenendes 1 befestigt oder aus einem Stück mit diesem ausgebildet ist. Die Verlängerung 8 umgibt koaxial das aus der Sackbohrung 5 herausgeführte Rohr 6 und ro­ tiert und oszilliert gegebenenfalls mit diesem.

Das offene Ende 9 der zylindrischen Verlängerung 8 ist ge­ mäß der dargestellten Ausführung mit einer Staublende 10 versehen, welche einen in der Verlängerung gebildeten Stauraum 11 begrenzt. Um das Ende der zylindrischen Verlän­ gerung 8 ist ein Auffanggehäuse 12 angeordnet, welches an einem Gehäuseteil 13 der Misch- und Kneteinrichtung bei 14 angeschraubt ist. Der Gehäuseteil 13 selbst ist am Maschi­ nenflansch 15 des Getriebeteils mittels Schrauben 16 fest­ gemacht.

Das Rohr 6 ist durch die Stirnwand des Auffanggehäuses 12 hindurchgeführt und steht mit einem konventionellen, in der Zeichnung nur schematisch dargestellten, Lufterhitzer 19 in Verbindung. Die Durchtrittsstelle des Rohres 6 durch die Stirnwand des Auffanggehäuses 12 ist gleichzeitig als Führung 18 ausgebildet, in welcher das Rohr 6 mittels ei­ ner Rundschweißnaht festgemacht ist.

Das unbewegliche Rohr 6 ist in der Sackbohrung 5 der Welle 1 mittels Gleitorganen 20 abgestützt, welche eine Drehung und ein Oszillieren der Welle 1 gegenüber dem Rohr 6 erlau­ ben.

Das am stillstehenden Gehäuseteil 13 mit Schrauben 14 befe­ stigte Auffanggehäuse 12 ist mit einem Bodenauslaß 23 oder mit einem Kopfauslaß 23a versehen.

Die beschriebene Misch- und Kneteinrichtung wird mit einem gasförmigen Wärmeträger, insbesondere mit Luft, betrieben, welche mit Hilfe des elektrischen Lufterhitzers 19 auf die erforderliche Temperatur gebracht und durch das Rohr 6 in das Innere der Welle 1 gebracht wird. Anschließend ge­ langt die heiße Luft in den ringförmigen Hohlraum 7, er­ wärmt dort die Materialien, die sich in der Behandlungszo­ ne befinden und gelangt dann durch die zylindrische Verlän­ gerung 8 in das Auffanggehäuse 12 und weiter ins Freie oder zur Rezirkulation, d. h. zur neuen Verwendung. Die Luftströ­ mung in der Verlängerung 8 kann gegebenenfalls durch die Staublende 10 etwas gedrosselt werden, wobei das System auch ohne diese Blende funktioniert.

In der beschriebenen Weise wird es möglich sein, Wärmeträ­ gertemperaturen von weit über 500°C zu erreichen, und zwar mit dem Einsatz eines gewöhnlichen elektrischen Lufterhit­ zers, wobei die zum Erreichen einer bestimmten Wärmeträger­ temperatur benötigte Energie nur etwa die Hälfte der Energiemenge beträgt, welche beim Ölbetrieb benötigt wird.

Claims (7)

1. Verfahren zum Erhitzen von Materialien während der Ver­ arbeitung in einem geschlossenen Arbeitsraum in mindestens ei­ ner Behandlungszone, insbesondere durch wenigstens ein rotie­ rendes und/oder oszillierendes von einem Gehäuse umgebenes Ar­ beitsorgan, dadurch gekennzeichnet, daß ein hocherhitzter gasförmiger Wärmeträger in die Behand­ lungszone geleitet und wieder abgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspuch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als gasförmiger Wärmeträger ein inertes Gas oder Luft ver­ wendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Behandlungszone rotierende und/oder oszillie­ rende Arbeitsorgan mit elektrisch hocherhitzter Luft behandelt wird.

4. Einrichtung zum Erhitzen von Materialien während der Verarbeitung mit Hilfe eines rotierenden und/oder oszillieren­ den Arbeitsorgans in einer oder mehreren Behandlungszonen eines geschlossenen Arbeitsraums, welche Einrichtung eine sich in ei­ ne Sackbohrung (5) der Welle (1) des Arbeitsorgans erstreckende und von einem ringförmigen Hohlraum (7) umgebene, starre und unbewegliche Leitung (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß am aus der Wellenbohrung herausgeführten Ende der Leitung (6) ein Gaserhitzer (19) angeschlossen ist, während der die Leitung (6) umgebende Hohlraum (7) in ein Auffanggehäuse (12) mündet, welches an die Ansaugseite des Gaserhitzers anschließ­ bar ist und eine in die Umgebung mündende Öffnung (23a) auf­ weist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündung des Hohlraums (7) im Bereiche des Auffangge­ häuses (12) eine mit der Welle (1) verbundene, rohrförmige Ver­ längerung (8) aufweist, die sich in das Auffanggehause (12) er­ streckt und mit einer Staublende (10) ausgerüstet ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Gaserhitzer ein elektrischer Lufterhitzer (19) vorge­ sehen ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die starre und unbewegliche Leitung (6) an ihrem dem Ar­ beitsorgan abgekehrten Ende mit dem Auffanggehäuse (12) fest verbunden und in der Sackbohrung mittels Gleitorganen (20) ab­ gestützt ist, die sowohl ein Rotieren als auch ein Oszillieren der Welle (1) gegenüber der Leitung (6) erlauben.