DE4138978A1 - Verfahren und vorrichtung zur verarbeitung von unsortiertem thermoplastischem kunststoffabfall - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 5.

Die ständig zunehmende Flut von Verpackungsmaterialien und die Über­ lastung der Mülldeponien bzw. der Müllverbrennungsanlagen hat den Be­ darf an Verfahren und Vorrichtungen geweckt, mit denen insbesondere thermoplastische Kunststoffe wiederverwertet werden können. Dabei stellt das Recycling von gemischten Hausmüllabfällen die größten An­ forderungen an die Wiederverarbeitungstechnik, denn der thermopla­ stische Kunststoff liegt hier in Form von unterschiedlichen Kunst­ stoffmaterialien mit ungleichen Mengenanteilen und Verarbeitungsei­ genschaften vor. Außerdem ist dieser Kunststoffabfall in der Regel mit Papier, Holz, Sand, Glas oder Metallresten versetzt, die einer­ seits bei geringen Verschmutzungsgraden den Recyclingprozeß nicht stören, andererseits aber auch keine hochwertigen Recyclingprodukte ermöglichen.

So ist aus der DE-PS 36 19 144 ein Verfahren zum Herstellen von Form­ teilen aus ungereinigten und unsortieren thermoplastischen Kunst­ stoffabfällen bekannt, bei dem der Kunststoff in zerkleinerter Form einem Walzenextruder zugeführt, dort plastifiziert und von diesem in eine Form gefüllt und mit einem Spritzdruck beaufschlagt wird. Die Form wird anschließend von der Auslaßöffnung des Walzenextruders ent­ fernt und abgekühlt, so daß dann der Formling (etwa Pfähle oder Plat­ ten) ausformbar ist.

Nachteilig an diesem Herstellungsverfahren ist, daß der im Walzenex­ truder plastifizierte und unter Druck stehende Kunststoff nur jeweils taktweise nacheinander in vor die Extruderdüse zu plazierenden Formen spritzbar ist. Denn während des Austauschvorganges der Formen dichten an der Form befindliche Dichtflächen die Extruderdüse gegen einen weiteren Massetransport ab. Gerade dieses taktweise Unterbrechen des Massestromes des Walzenextruders führt in der Praxis zu einer Über­ fütterung des Extruders vor allem dann, wenn als Plastifizier- und Mischvorrichtung ein an sich besser geeigneter Schneckenextruder ver­ wendet werden soll.

Da die Schmelzetemperatur wegen der im Kunststoffabfall befindlichen nur schwer schmelzbaren Kunststoffanteile relativ hoch gewählt wird (ca. 200°C), besteht zudem bei einem unterbrochenen Massetransport die Gefahr, daß die Schmelze im Extruderauslaßbereich verbrennt und zu Produkt- und/oder Produktionsmängeln führt.

Das gleiche technische Problem entsteht auch beim Betrieb der in der DE-PS 28 10 003 vorgestellten gattungsgemäßen Vorrichtung. Diese Vor­ richtung besteht aus einem Schneckenextruder, in dem in bekannter Weise thermoplastische Kunststoffabfälle plastifiziert und gemischt werden. An der Austrittsöffnung des Extruders befindet sich ein dreh­ barer Formenhalter, der zwei scheibenförmige Formenhalterungen auf­ weist. Diese scheibenförmigen Formenhalterungen sind in Förderrich­ tung voneinander beabstandet und tragen entlang ihres Umfangskreises Formen.

Die Befüllung der Formen erfolgt derart, daß taktweise jeweils eine Form vor der Auslaßöffnung des Extruders positioniert und mit ihrer Einspeiseöffnung vor die Auslaßöffnung des Extruders gepreßt wird. Nach dem Befüllen der Form wird die Förderung von Material durch den Extruder kurzzeitig unterbrochen und die gefüllte Form trommelrevol­ verartig mit den scheibenförmigen Formenhaltern so weiterbewegt, bis eine leere Form vor die Auslaßöffnung des Extruders plaziert ist. Die gefüllte Form gelangt durch die Drehbewegung der Formenhalter in ein Wasserbad, in dem die Form und der Formling einer Vorkühlung ausgesetzt sind. Nach dem Verlassen des Wasserbades wird der Form­ ling der Form entnommen, so daß diese für einen weiteren Befüllvor­ gang zur Verfügung steht.

Ebenso wie bei der Verfahrensweise gemäß der DE-PS 36 19 144 kann auch hier bei hohen Schmelzetemperaturen und vergleichsweise langen Formwechselzeiträumen (ca. 10-20 sec.) ein Verbrennen der Schmelze im Auslaßbereich des Extruders nicht ausgeschlossen werden. Außerdem ist bei dieser diskontinuierlichen Betriebsweise mit einer Überfüt­ terung des Extruders und/oder nur schlechten Materialeigenschaften der Recyclingprodukte zu rechnen.

Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, unter Vermeidung der be­ schriebenen Nachteile eine das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der DE-PS 28 10 003 so weiterzubilden, daß der Extruder kontinuier­ lich betrieben und einen konstanten Massestrom abgeben kann, der zur kontinuierlichen Befüllung von Formen dient.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen der unabhän­ gigen Patentansprüche. Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Er­ findung sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens läßt sich an einem Ausführungsbeispiel mit Hilfe der Zeichnung verdeutlichen. In dieser Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine schematische Übersicht über alle Vorrich­ tungsbestandteile zur Verarbeitung von thermo­ plastischem Kunststoffabfall;

Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf den Schnecken­ extruder mit der Verteilerdüse sowie die Formen­ revolver und die Kühleinrichtung;

Fig. 3 eine Seitenansicht A-A der Vorrichtungsteile ge­ mäß Fig. 2.

Nach Fig. 1 wird verfahrensgemäß der unsortierte, thermoplastische Kunststoffabfall 12 mittels einer Transportvorrichtung (Förderband) 1 entlang eines magnetischen Metallabscheiders 2 geführt. Dieser Me­ tallabscheider entfernt in bekannter Weise die groben metallischen Verunreinigungen im Kunststoffabfall. Die Transportvorrichtung 1 be­ fördert den Kunststoffabfall 12 anschließend in eine Materialzer­ kleinerungsvorrichtung 3, in der dieser bis auf maximal Handteller­ größe zerkleinert wird.

Diese Kunststoffschnitzel werden danach mit Hilfe einer weiteren Transportvorrichtung 11 unter einen zweiten Metallabscheider 7 zur Entfernung der noch im Abfall verbliebenen kleinen Metallrückstände vorbeigeführt, bevor eine dritte Transporteinrichtung 4, die hier als Druckluftförderer ausgebildet ist, den Kunststoff über ein Zyclon 5 zu einem Mischsilo 6 weiterbefördert. In diesem Mischsilo 5 können die Kunststoffschnitzel zwischengespeichert und mittels eines Rühr­ werkes 33 gemischt werden, so daß eine weitgehend homogene Mischung zur kontinuierlichen Weiterverarbeitung zur Verfügung steht.

Von dem Mischsilo 6 gelangt das Kunststoffgemisch über eine Einfüll­ öffnung 27 in einen Schneckenextruder 8, der in diesem Ausführungs­ beispiel über einen Stiftzylinderabschnitt 24 zur optimalen Plasti­ fizierung und Homogenisierung des Kunststoffes verfügt.

Der gestellten Aufgabe nachkommend wird der Extruder 8 kontinuierlich betrieben, so daß er durch eine Verteilerdüse 9 einen konstanten Mas­ sestrom an thermoplastischem Kunststoff abgibt. Mit diesem Massestrom werden kontinuierlich Formen 14, 25, 26 gefüllt, die in an sich be­ kannter Weise in revolverartigen Formenhaltern 29, 30 gehalten werden. Durch Drehen des (bzw. der) Formenhalter gelangt die jeweils befüllte Form in eine mit einer Kühlflüssigkeit 28, wie etwa Wasser, gefüllte Kühlvorrichtung 10, in der die Form und der Formling einer Vorkühlung ausgesetzt werden. Zur besseren Übersicht ist in Fig. 1 die Kühlvor­ richtung 10 in einer von den Formen 14 und den Formenhaltern abgezo­ genen Position dargestellt.

In Fig. 2 sind in einer schematischen Darstellung die für den Plasti­ fizier-, Befüll- und Kühlvorgang notwendigen Vorrichtungsbestandteile in einer Draufsicht dargestellt. Mit dieser Darstellung läßt sich insbesondere die für den kontinuierlichen Betrieb des Extruders 8 entscheidende Materialverteilung sowie der Befüllvorgang verdeut­ lichen.

Wie bereits eingangs dargelegt, ist der kontinuierliche Betrieb des Schneckenextruders 8 deswegen von entscheidender Bedeutung, weil die notwendigerweise hohe Schmelzetemperatur keine lange Unterbrechung des Massestromes gestattet. Außerdem führt die Inkompressibilität der Kunststoffschmelze bei einer Unterbrechung des Massestromes im Schneckenextruder zu einem nachteiligen plötzlichen Druckanstieg und schließlich zu einer Überfütterung des Extruders.

Gemäß der Erfindung wird dieses technische Problem dadurch gelöst, daß der vom Schneckenextruder 8 kontinuierlich und mit etwa konstan­ ter Menge pro Zeiteinheit ausgespritzte Schmelzestrom in wenigstens zwei Schmelzeteilströme aufgeteilt wird, die während des Befüllens von jeweils wenigstens einer Form unterschiedliche Kunststoffmengen transportieren. Dabei erreicht der Befülldruck am Ende des Befüllvor­ ganges einer Form ein Maximum, so daß die vollständige Befüllung al­ ler Formbereiche sichergestellt ist.

Zur Durchführung dieser Verfahrensschritte ist gemäß dem Ausführungs­ beispiel in Fig. 2 eine Verteilerdüse 9 vorgesehen, die über einen Speisekanal 15 verfügt, der in wenigstens zwei Verteilungskanäle 16, 17 verzweigt.

Zur Überprüfung des Schmelzedruckes in den Kanälen 15, 16, 17 sind im Speisekanal 15 sowie an den auslaßseitigen Enden der Verteiler­ kanäle 16, 17 Drucksensoren 21, 22 angeordnet.

Diese Sensoren 21, 22 sind zur Datenübertragung ebenso wie nicht dar­ gestellte Sensoren zur Ermittlung der Formenposition mit einer nicht dargestellten Meß- und Regelungseinrichtung verbunden, die ihrerseits Stellsignale an Ventile 18, 19, 20 weiterleitet, die in der Vertei­ lerdüse 9 angeordnet sind und zur stufenlosen Regelung des Masse­ durchsatzes in den Kanälen 15, 16, 17 dienen. Diese Ventile 18, 19, 20 können als hydraulisch betätigbare Steuerschieber oder Lochblenden ausgebildet sein.

Die ausgangsseitigen Enden der Verteilungskanäle 16, 17 dienen als Befüllstationen für die Formen 14, 25, die mit ihren Befüllöffnungen an diese Befüllstationen angepreßt werden.

Wie den Fig. 2 und 3 entnehmbar ist, sind zwei revolverartige For­ menhalter 29, 30 vorgesehen, die die Formen, von denen hier nur die Formen 14, 25, 26 dargestellt sind, jeweils in etwa horizontal neben­ einander entlang ihres kreisförmigen Umfanges haltern. Die Formenhal­ ter 29, 30 sind um ihre Längsachsen 31, 32 drehbar, so daß durch taktweises Weiterdrehen der Formenhalter 29, 30 ein Teil der Formen in der Kühlflüssigkeit 28 einer Kühlvorrichtung eingetaucht sind, während ein anderer Teil der Formen (etwa Form 26) am Ende ihrer Kühlphase entleerbar sind.

Da der vom Extruder 8 durch den Speisekanal 15 kontinuierlich kom­ mende Massestrom ein konstantes Volumen pro Zeiteinheit aufweist, erfolgt die Befüllung der Formen 14, 25 in etwa folgendermaßen:

Zu Beginn des Füllvorganges für Form 14 wird mit Hilfe der Ventile 19, 20 der vom Speisekanal 15 zur Verfügung gestellte Kunststoffmas­ sestrom zu etwa 80% in Form 14 geleitet, während die restlichen 20% zur Befüllung der Form 25 im zweiten Formenhalter 30 dient. Gegen Ende des Befüllvorgangs stellt der Drucksensor 21 im Verteilerkanal 16 einen Druckanstieg und damit die weitgehende Füllung der Form 14 fest. Jetzt wird mittels der Ventile 19, 20 der Massestrom kurzzeitig vollständig auf den Verteilerkanal 16 umgelenkt (Schließen des Venti­ les 19) und so ein maximaler Spritzdruck erzielt, mit dem auch geome­ trisch komplizierte Formlinge herstellbar sind. Durch einen Vergleich der Schmelzedrücke im Speisekanal 15 und im Verteilungskanal 16 er­ mittelt die Meß- und Regelvorrichtung, wann die Form 14 vollständig gefüllt ist.

Danach wird die Form 14 verschlossen und mit Hilfe einer Weiterbewe­ gung des Formenhalters 29 unter Druckabschluß von der Befüllstation des Kanals 16 entfernt. Gleichzeitig mit der Verschließung der Form wird das Ventil 19 vollständig geöffnet, so daß der vom Extruder ge­ lieferte Massestrom zu 100% zur Befüllung der Form 25 dient. Sobald eine ungefüllte Form durch den Formenhalter 29 vor die Befüllstation des Kanals 16 positioniert ist, wird das Ventil 19 im Kanal 17 auf einen Durchlaß von 80% geschaltet, so daß dem Verteilungskanal 16 die restlichen 20% des Massestromes zur Befüllung der neuen Form zur Verfügung steht.

Melden die Drucksensoren 22, 23, daß die Form 25 fast vollständig ge­ füllt ist, wird das Ventil 19 kurzzeitig vollständig geöffnet und das Ventil 20 im anderen Verteilungskanal 16 kurzzeitig geschlossen. So erreicht auch für die vollständige Befüllung der Form 25 der Schmelzedruck ein Maximum und diese Form kann bei völliger Befüllung gegen Schmelzeaustritt verschlossen werden. Gleichzeitig wird, wie bereits für die Form 14 dargelegt, das Ventil 20 im Kanal 16 voll­ ständig geöffnet.

Mit dieser intermetierenden Formenbefüllung läßt sich ein konstanter und kontinuierlich vom Extruder erzeugter Massestrom zur Befüllung von einzelnen Formen verwenden.

Die derart befüllten Formen 14, 25, 26 werden durch Drehen der For­ menhalter 29, 30 um ihre Achsen 31, 32 zur Kühlung der Form und zur Vorkühlung des Formlings in ein Kühlmittelbad 28 getaucht. Nach dem Auftauchen der Formen werden die Formlinge den Formen entnommen, zur weiteren Abkühlung zwischengelagert und die Formen für eine neue Be­ füllung im Formenhalter 29, 30 bereit gehalten.

Bezugszeichenliste

 1 Transportvorrichtung
 2 Metallabscheider
 3 Zerkleinerungswerk
 4 Transportvorrichtung
 5 Zyklon
 6 Mischsilo
 7 Metallabscheider
 8 Schneckenextruder
 9 Verteilerdüse
10 Kühlvorrichtung
11 Transportvorrichtung
12 Kunststoffabfall
13 Befüllvorrichtung
14 Form
15 Speisekanal
16 Verteilungskanal
17 Verteilungskanal
18 Ventil
19 Ventil
20 Ventil
21 Drucksensor
22 Drucksensor
23 Drucksensor
24 Stiftzylinderabschnitt
25 Form
26 Form
27 Einfüllöffnung
28 Kühlflüssigkeit
29 Formenhalter
30 Formenhalter
31 Drehachse
32 Drehachse
33 Rührwerk
34 Drucksensor

Claims (11)

1. Verfahren zur Verarbeitung von unsortiertem, thermopla­ stischem Kunststoffabfall, umfassend die Verfahrens­ schritte

• - Abscheiden grober Metallteile,
• - Zerkleinern in maximal handtellergroße Stücke,
• - Abscheiden kleiner Metallteile,
• - Mischen und Zwischenlagern der Kunststoffstücke,
• - Befüllen eines Schneckenextruders,
• - Plastifizieren und Homogenisieren zu einer Kunst­ stoffschmelze im Extruder,
• - Ausspritzen der Kunststoffschmelze und Befüllen von Spritzformen sowie
• - Abkühlen und Ausformen der Formlinge,

dadurch gekennzeichnet,
daß der Extruder kontinuierlich einen konstanten Strom an Kunststoffschmelze ausspritzt,
daß dieser Schmelzehauptstrom in wenigstens zwei Schmelzeteilströme aufgeteilt wird,
daß jeder Schmelzeteilstrom eine Form befüllt,
daß während des Befüllens einer jeden Form jeder Schmelzeteilstrom unterschiedliche Masseteilströme transportiert,
daß am Ende des Befüllvorganges einer jeden Form der Befülldruck ein Maximum erreicht,
daß die gefüllte Form druckdicht verschlossen, abtrans­ portiert und anschließend durch eine noch leere Form ersetzt wird, und
daß während des Verschließ- und Auswechselvorganges einer Form der vollständige Schmelzehauptstrom des Extruders auf den oder die anderen Schmelzeteilströme umgelenkt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzetemperatur am austrittseitigen Ende des Extruders zwischen 120° und 250°C, vorzugsweise 150° bis 200°C beträgt.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der maximale Befülldruck 5 bis 200 bar, vorzugs­ weise 5 bis 50 bar, beträgt.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung und Regelung der Schmelzestromauftei­ lung in Abhängigkeit vom Druck im Schmelzehauptstrom und in den Schmelzeteilströmen sowie dem Füllgrad und der Position der Formen erfolgt.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung und Regelung der Schmelzeteilströme als Funktion des Füllgrades über stufenverstellbare Schmelzedrosseln erfolgt.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß in den Formen ein Gegendruck vorhanden ist.

7. Vorrichtung zur Verarbeitung von unsortierem, thermo­ plastischem Kunststoffabfall zur Durchführung des Ver­ fahrens gemäß Anspruch 1, umfassend eine Transportvor­ richtung (1) für den Transport des Kunststoffabfalles (12) zu einem Zerkleinerungswerk (3), wenigstens einem Metallabscheider (2, 7), einem Mischsilo (6), einem Schneckenextruder (8), einer Befüllvorrichtung (13) für Formen (14) sowie eine Kühlvorrichtung (10), dadurch gekennzeichnet,
daß am austrittseitigen Ende des Extrudrs (8) eine Ver­ teilerdüse (9) angeordnet ist, die über einen Speise­ kanal (15) sowie wenigstens zwei Verteilungskanäle (16, 17) verfügt,
daß in den Kanälen (15, 16, 17) Ventile (18, 19, 20) angeordnet sind,
daß am auslaßseitigen Ende der Verteilerkanäle (16, 17) sowie im Speisekanal (15) Drucksensoren (21, 22, 23) angeordnet sind, und
daß die Ventile (18, 19, 20) die Drucksensoren (21, 22, 23) sowie Positionsmelder für die Formenposition mit einer Meß- und Regelungseinrichtung verbunden sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile (18, 19, 20) als hydraulisch betätig­ bare Steuerschieber oder Lochblenden mit unterschied­ lichen Durchlaßquerschnitten ausgebildet sind.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallabscheider (2, 7) als Elektromagneten ausgeführt sind.

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7-9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schneckenextruder (8) über einen Stiftzylinder­ abschnitt (24) verfügt.