DE4138978C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Verarbeitung von unsortiertem thermoplastischem Kunststoffabfall - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Verarbeitung von unsortiertem thermoplastischem KunststoffabfallInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß den
Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 7.
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 Hausmüllabfallen 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 unsortierten 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 plazierende 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 welterbewegt, 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 ausge
setzt sind. Nach dem Verlassen des Wasserbades wird der Formling der
Form entnommen, so daß diese für einen weiteren Befüllvorgang zur
Verfügung steht.
Ebenso wie bei der Verfahrensweise gemäß der DE-PS 36 19 144 dann
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.
Aus der DE-PS 9 60 854 ist ein kontinuierlich arbeitender Extruder be
kannt, der einen konstanten Massestrom abgibt, der danach in zwei
Teilströme aufgeteilt wird, wobei jeder Schmelzeteilstrom zunächst in
einen Speicher gefördert wird. Zwecks Befüllen einer Form wird ein
Ventil geöffnet und der Inhalt eines Speichers wird in die dazugehö
rende Form gepreßt. Nachteilig ist, daß zwei zusätzliche Speicherein
heiten mit entsprechenden Auspreßeinrichtungen benötigt werden, um
den Extruder kontinuierlich betreiben zu können.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, unter Vermeidung der be
schriebenen Nachteile, das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der
DE-PS 28 10 003 so weiterzubilden, daß der Extruder kontinuierlich
betrieben werden und einen konstanten Massestrom abgeben kann, der zur
kontinuierlichen Befüllung von Formen dient.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen der
Patentansprüche 1 bzw. 7. Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Er
findung sind den Unteransprüchen entnehmbar.
Gemäß der Erfindung wird das angesprochene Problem demnach dadurch gelöst,
daß der vom Schneckenextruder kontinuierlich und mit etwa konstan
ter Menge pro Zeiteinheit abgegebene Schmelzestrom in wenigstens
zwei Schmelzeteilströme aufgeteilt wird, die während des Befüllens
von jeweils wenigstens einer Form unterschiedliche Kunststoffmengen
transportieren. Dabei wird die Menge jedes Schmelzeteilstromes derart gesteuert, daß
der Befülldruck am Ende des Befüllvor
ganges einer Form ein Maximum erreicht, so daß die vollständige Befüllung al
ler Formbereiche sichergestellt ist.
Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel
des Verfahrens sowie der Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens mit Hilfe der
Zeichnung verdeutlicht. 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 der Vorrichtungsteile ge
mäß der Linie A-A in 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.
Die Kunststoffschnitzel werden danach mit Hilfe einer weiteren
Transportvorrichtung 11 unter einem 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 einen Zyclon
5 zu einem Mischsilo 6 weiterbefördert. In diesem Mischsilo 6 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 Extruder 8 wird 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.
Hierzu verfügt die Verteilerdüse 9 über einen
Speisekanal 15, 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 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 der Kühlvorrichtung 10 eingetaucht sind,
während ein anderer Teil der Formen (etwa Form 26) am Ende ihrer
Kühlphase entleerbar ist.
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 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 Befülldruck 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 30% 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 vollstandig 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 intermittierenden 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 das 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 Zyclon
6 Mischsilo
7 Metallabscheider
8 Schneckenextruder
9 Vertellerdüse
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
2 Metallabscheider
3 Zerkleinerungswerk
4 Transportvorrichtung
5 Zyclon
6 Mischsilo
7 Metallabscheider
8 Schneckenextruder
9 Vertellerdüse
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 (9)
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,
- - Extrudieren der Kunststoffschmelze und Befüllen von Formen sowie
- - Abkühlen und Ausformen der Formlinge dadurch gekennzeichnet,
daß der Extruder kontinuierlich einen konstanten Strom
an Kunststoffschmelze abgibt,
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 die Menge jedes Schmelzeteilstromes derart ge steuert wird, daß am Ende des Befüllvorganges einer je den 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.
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 die Menge jedes Schmelzeteilstromes derart ge steuert wird, daß am Ende des Befüllvorganges einer je den 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 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der maximale Befülldruck 5 bis 200 bar, vorzugs
weise 5 bis 50 bar, beträgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 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 der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerung und Regelung der Schmelzeteilströme
als Funktion des Füllgrades der Formen über stufenlos
verstellbare Schmelzedrosseln erfolgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Befüllen der Formen unter Gegendruck erfolgt.
7. Vorrichtung zur Verarbeitung von unsortiertem, 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 einen
Metallabscheider (2, 7), einen Mischsilo (6), einen
Schneckenextruder (8), eine Befüllvorrichtung (13) für
Formen (14, 25, 26) sowie eine Kühlvorrichtung (10),
dadurch gekennzeichnet,
daß am austrittseitigen Ende des Extruders (8) eine Verteilerdüse (9) angeordnet ist, die über einen Speisekanal (15) sowie wenigstens zwei an die Formen (14, 25, 26) anschließbare Verteilungskanäle (16, 17) verfügt,
daß in den Kanälen (15, 16, 17) Ventile (18, 19, 20) angeordnet sind,
daß am auslaßseitigen Ende der Vertellerkanäle (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.
daß am austrittseitigen Ende des Extruders (8) eine Verteilerdüse (9) angeordnet ist, die über einen Speisekanal (15) sowie wenigstens zwei an die Formen (14, 25, 26) anschließbare Verteilungskanäle (16, 17) verfügt,
daß in den Kanälen (15, 16, 17) Ventile (18, 19, 20) angeordnet sind,
daß am auslaßseitigen Ende der Vertellerkanäle (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.
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