DE4236309A1 - Verfahren und Einrichtung zum Vortrocknen und/oder Tempern von Kunststoffteilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vortrocknen und/oder Tempern von Kunststoffteilen. Die Erfindung erstreckt sich auch auf Trocknungseinrichtungen zur Durchführung des Verfahrens.

Kunststoffplatten-Materialien (Halbzeuge) wie Polystyrol, ABS, Acryl etc. werden aus Granulat in Extrusionsanlagen hergestellt. Vom Extrusionsbetrieb werden die Materialien nach der Produktion per Spedition oder auf sonstigen Frachtwegen dem Verarbeiter-Kundenkreis angeliefert. Während des Transportes und einer bis zur Verarbeitung vergehenden Lagerungszeit können die Kunststoffplatten-Materialien Feuchtigkeit aufnehmen. Dieses hat zur Folge, daß das Material nicht oder nur unzureichend verarbeitet werden kann. Denn der Feuchtig­ keitsinhalt des Kunststoffmaterials macht sich während der Ver­ arbeitung, wobei das Material in der Regel erwärmt wird, bspw. dadurch bemerkbar, daß sich auf der Oberfläche Blasen bilden, die bei durchsichtigem Material im inneren Aufbau einer Platte erkennbar sind und somit kein qualitativ hochwertiges Produkt ergeben.

Zur Abhilfe wird die Feuchtigkeit vor der Weiterverarbeitung des Kunststoffes durch einen Vortrocknungsprozeß beseitigt. Hierfür werden vorzugsweise sogenannte Wärmeschränke eingesetzt. Diese Wärmeschränke umfassen eine in sich geschlossene Innenkammer, die über Türen zugänglich ist. Diese Innenkammer wird durch vergleichs­ weise dicke Wände gebildet, die zugleich die Isolation des Wärme­ schrankes ausbilden. Eine gute Isolation ist erforderlich, weil die Kunststoffmaterialien teilweise bis zu Temperaturen von 300°C erwärmt und dabei getrocknet werden. Das Austreiben der Feuchtigkeit geschieht durch Behandlung des Kunststoff-Materials mit erwärmter Luft. Damit diese Feuchtigkeit aufnehmen kann, muß sie zirkulieren Hierfür ist der Wärmeschrank mit einem Umluftventilator ausgebildet Die Wärmeerzeugung der Luft erfolgt mittels bekannter elektrischer Heizungen über Rohrheizkörper, was jedoch nicht ausschließt, daß Wärmeschränke auch mittels Gas- oder Öl-Brennern beheizt werden.

Mit der Erzeugung einer Luftzirkulation in der Innenkammer können die Materialien allerdings nur unzureichend getrocknet werden, falls kein Luftaustausch der feuchtigkeitsgesättigten Luft erfolgt.

Es ist deshalb bekannt und bereits praktiziert worden, einen Luft­ austausch dadurch herbeizuführen, daß in den Kreislauf ein Teilstrom Frischluft eingeführt und aus dem Kreislauf ein Teilstrom Abluft abgeführt wird. Dieses Verfahren ist zwar unkompliziert, benötigt jedoch ein nachteilig hohes Maß an ausgeführter Energie.

Eine wesentlich bessere und wirtschaftlichere Möglichkeit besteht darin, die Trocknung durch Einsatz von vorgetrockneter Luft zu beschleunigen.

Beim Trocknungsprozeß ist auch noch die Beachtung der Luftführung innerhalb der Innenkammer von Bedeutung. Bei einer Luftführung im Trocknungsraum von unten nach oben tritt die erwärmte und getrock­ nete Luft am Boden der Innenkammer aus den Kanälen des Wärmeschran­ kes aus und wird im obersten Bereich der Innenkammer abgesaugt und nach Trocknung wieder dem Wärmeschrank zugeführt und in der be­ schriebenen Weise im Kreislauf geführt. Diese beschriebene Luftfüh­ rung, d. h. untere Einblasung und Absaugung der Trocknungsluft in der Decke empfiehlt sich vorzugsweise bei vertikal hängenden oder stehenden Materialien in der Wärmeinnenkammer.

Im Falle einer horizontalen Einlagerung der zu trocknenden Materia­ lien in die Wärmeinnenkammer wird die Luft vorzugsweise über ein Rohrsystem aus einer vertikalen Seitenwand durch in unterschiedli­ chen Höhen angeordnete Öffnungen in die Wärmeinnenkammer in etwa horizontalen Strömen eingeblasen und auf der gegenüberliegenden Seite durch darin in gleicher Höhe angebrachte, an Abführungskanäle angeschlossene Luftansaugöffnungen abgeführt.

Um die Trocknung wirksam werden zu lassen und zu beschleunigen und insbesondere zur Ersparung von Energie muß diese getrocknet werden, d. h. es muß die relative Feuchtigkeit der im Kreislauf geführten Trocknungsluft erniedrigt werden. Bekanntlich ist ein Trocknungsvor­ gang nur dann möglich und erfolgreich, wenn die zur Trocknung verwendete Luft eine genügende Feuchtigkeits-Aufnahmekapazität besitzt. Diese Feuchtigkeits-Aufnahmekapazität wird durch zwei Faktoren wesentlich beeinflußt:

Es handelt sich zum einen um den relativen Luftfeuchtigkeitsgehalt, und zum anderen um die absolute Temperatur der Trocknungsluft. Beide Faktoren stehen im Gleichgewicht, d. h. es ist grundsätzlich möglich, durch Temperaturerhöhung die relative Luftfeuchtigkeit zu erniedri­ gen und die Trocknungskapazität zu erhöhen. Allerdings sind der Temperaturerhöhung aufgrund der Temperaturempfindlichkeit der zu trocknenden Materialien Grenzen gesetzt, weil der Schmelzprozeß einzelner Kunststoffe bereits bei 130°C beginnt.

Es kommt hinzu, daß es Kunststoffe gibt (Composite-Materialien), bei denen es nicht ausreicht, nur die Oberflächenfeuchte zu entfer­ nen. Bei diesen kommt es darauf an, die im Molekülaufbau des Kunst­ stoffes befindliche Feuchte aus der Tiefe des Materials zu entfer­ nen. Ein solcher Trocknungsvorgang ist nur dann möglich, wenn zwischen dem Wasserdampfdruck innerhalb der Kunststoffmoleküle und dem in der Trocknungsluft vorherrschenden Dampfdruck ein großes Gefälle besteht. Im Gegensatz zur Luft fällt im Kunststoffmolekül der Wassersättigungspunkt mit zunehmender Temperatur und das einge­ schlossene Wasser diffundiert an die Oberfläche. An der Luft steigt jedoch der Sättigungspunkt mit zunehmender Temperatur. Je nach prozentualem Sättigungsverhältnis entsteht daher eine mehr oder weniger hohe Wasserdampfdruckdifferenz. Diese Differenz bzw. dieses Dampfdruckgefälle ermöglicht und beschleunigt bei Zunahme die Geschwindigkeit des Wasserüberganges vom Kunststoff in die Trock­ nungsluft.

Um eine hohe Wasserdampfdruckdifferenz herbeizuführen, muß die Trocknungsluft vorgetrocknet werden, d. h. es muß der relative Feuchtigkeitsgehalt erniedrigt werden. Sie besitzt in diesem Zustand so wenig Wasser und einen so geringen Wasserdampfdruck, daß die relative Luftfeuchte weit unterhalb des Sättigungspunktes liegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zum Vortrocknen und/oder Tempern von Kunststoffteilen unter Erniedrigung der relativen Feuchtigkeit eines im Kreislauf geführten Stromes angewärmter Trocknungsluft anzugeben, bei welchem eine hohe Wasserdampfdruckdifferenz zwischen dem zu trocknenden und zu tempernden Kunststoff und der Trocknungsluft herbeigeführt wird, und wobei während des Trocknungsprozesses im Wärmeschrank bzw. im Innern der Wärmeinnenkammer die auf diese Weise hergestellte Feuch­ tigkeitsaufnahmefähigkeit der Trocknungsluft permanent, d. h. über den gesamten Zeitraum des Trocknungsvorganges annähernd konstant gehalten wird. Weiterhin soll das Verfahren und die Einrichtung unkompliziert, sicher in der Funktion und mit möglichst geringem Energieeinsatz durchführbar sein.

Die Lösung der gestellten Aufgabe wird mit der Erfindung bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erreicht durch einen im Kreis­ lauf geführten Strom angewärmter Trocknungsluft, wobei diese im Vorbeistreichen an den zu trocknenden Teilen Verdunstungswärme abgibt und durch Dampfaufnahme ihre relative Feuchtigkeit erhöht, und wobei aus dem feuchtigkeitsbeladenen, abgekühlten Teil des Trocknungsluft-Kreislaufs zumindest ein Teilstrom abgezweigt, in einen Nebenkreislauf geleitet und darin durch eine poröse Filtermas­ se eines hydrophilen Materials hindurchgeleitet und unter im wesent­ lichen isothermen Bedingungen durch adsorptive Bindung von Feuchtig­ keit an das hydrophile Material den Teilstrom oder Strom der zirku­ lierenden Trocknungsluft Feuchtigkeit unter Erniedrigung der relati­ ven Feuchtigkeit entzogen und danach der Teilstrom bzw. Strom wieder in den Trocknungsluft-Kreislauf zurückgeführt, darin zunächst die Temperatur unter weiterer Erniedrigung der relativen Feuchtigkeit erhöht und die so regenerierte Trocknungsluft über die zu trock­ nenden Teile zur erneuten Feuchtigkeitsaufnahme geleitet wird.

Mit Vorteil wird durch das erfindungsgemäße Verfahren eine wirksame Erniedrigung der relativen Feuchtigkeit des im Kreislauf geführten Stromes angewärmter Trocknungsluft bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen mit sehr wirtschaftlichem Einsatz von Energie erreicht, wodurch für das Vortrocknen und/oder Tempern der Kunststoffteile optimale Bedingungen geschaffen werden, insbesondere dann, wenn die Temperatur in einem für diese Kunststoffteile unkritischen, jedoch erhöhten Temperaturbereich liegt.

Eine Ausgestaltung sieht vor, daß der Nebenkreislauf nach einer vorgegebenen Zeitspanne in Abhängigkeit von der Feuchtigkeitsauf­ nahmefähigkeit der hydrophilen Masse vor deren Sättigung vom Trock­ nungskreislauf abgekoppelt und der Filter mit erwärmter Luft durch­ strömt, dabei die hydrophile Masse schonend getrocknet und nach Erreichen eines vorgegebenen Trocknungsgrades bzw. Regenerierungs­ grades der Filtermasse der Nebenkreislauf wieder an den Trocknungs­ kreislauf angekoppelt wird.

Auf diese Weise wird mit äußerst sparsamen Mitteln eine wirtschaft­ liche Erniedrigung der relativen Feuchtigkeit der Trocknungsluft ermöglicht.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung zu einem quasi-kontinuierli­ chen Trocknungsprozeß der Luft wird dadurch ermöglicht, daß dem Trocknungsluft-Kreislauf zwei parallele Nebenkreisläufe je wechsel­ seitig zu- und abschaltbar zugeordnet sind, wobei jeweils einer zur quasi-kontinuierlichen Regeneration der Trocknungsluft in deren Kreislauf eingekoppelt ist, während im anderen Nebenkreislauf die feuchtigkeitsbeladene hydrophile Masse getrocknet und regeneriert wird, und daß nach Feuchtigkeitsbeladung der Masse des einen Kreis­ laufs und Regeneration der Masse des anderen Kreislaufs der eine Nebenkreislauf vom Trocknungs-Kreislauf abgekoppelt und der andere Nebenkreislauf an den Trocknungs-Kreislauf angekoppelt wird, und umgekehrt.

Das Verfahren sieht weiterhin vor, daß zur Trocknung bzw. zum Tempern der Kunststoffteile ein Wärmeschrank mit innerem Kreislauf der Trocknungsluft und zur Feuchtigkeitserniedrigung der Trocknungs­ luft ein separates Lufttrocknungsaggregat mit innerem Nebenkreislauf des aus dem Kreislauf der Trocknungsluft abgezweigten Luft- bzw. Teilstromes verwendet wird, und daß die beiden separaten Kreisläufe unter Verwendung mittels Umschaltorganen zu- und abschaltbarer Leitungen miteinander verbindbar und vorzugsweise in Reihe schaltbar sind.

Auf diese Weise sind beide Aggregate, einerseits der Wärmeschrank und andererseits das Lufttrocknungsaggregat voneinander unabhängige Aggregate, die aber andererseits so miteinander gekoppelt und kapazitiv abgestimmt werden können, daß sich in jedem Falle für jede Trocknungsaufgabe ein optimaler Betriebszustand einstellt.

Eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung, wobei zur Trocknung bzw. zum Tempern der Kunststoffteile ein Wärme­ schrank, umfassend eine an Luftkanäle angeschlossene Trocknungs­ kammer, ein Luftheizaggregat und ein Umluftventilator sowie je eine Luftzuführungs- sowie eine Luftabführungs-Leitung vorgesehen ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Erniedrigung der relativen Feuchtigkeit der Trocknungsluft ein separates Lufttrocknungsaggregat vorgesehen ist, welches einen Nebenkreislauf der Trocknungsluft ausbildende Luftkanäle aufweist, umfassend ein Adsorptionsbett für das hydrophile Material sowie eine Regenerier-Heizung für das Adsorptionsbett, einen Umluftventilator, eine Drei-Wege-Umschalt- Einheit sowie einen Regenerierluft-Frischluft-Kanal mit einem darin angeordneten Luftfilter und einen Regenerierluft-Abluft-Kanal sowie einen an den Nebenkreislauf anschließenden Einlaßkanal und je einen Auslaßkanal aufweist, wobei der Auslaßkanal an die Luftzuführungs­ leitung und der Einlaßkanal an die Luftabführungsleitung des Wärme­ schrankes angeschlossen ist.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, daß das Lufttrocknungs­ aggregat, an Verzweigungen der Kanäle anschließend, in Parallel- Anordnung zwei je einen Nebenkreislauf bildende Umluftführungen aufweist, umfassend je ein Adsorptionsbett, je eine Regenerier- Heizung bzw. je eine Dreiwege-Umschalt-Einheit und an jeweils eine weitere Verzweigung anschließend, einem jeden der beiden Neben­ kreisläufe zu- und abschaltbar zugeordnet, einen Regenerierluft- Frischluftkanal mit darin angeordnetem Luftfilter und Umluft-Venti­ lator sowie einen Regenerierluft-Abluft-Kanal, wobei der Umluft- Ventilator für den Trocknungsluft-Kreislauf vorzugsweise in dem die Luftabführungsleitung des Wärmeschrankes mit dem Einlaßkanal des Lufttrocknungsaggregates verbindenden Leitungsstrang angeordnet ist.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Erläuterung eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles. Es zeigen:

Fig. 1 Schema eines Wärmeschrankes mit direkt wirkendem Umluftsystem bei horizontaler Luftführung;

Fig. 2 Schema eines Wärmeschrankes mit direkt wirkendem Umluftsystem bei vertikaler Luftführung;

Fig. 3 Schema eines Wärmeschrankes mit direkt wirkendem Umluftsystem mit vertikaler Luftführung und Frisch­ luft-Zuführung;

Fig. 4 Schema eines Wärmeschrankes mit direkt wirkendem Umluftsystem und angeschlossenem bzw. integriertem Lufttrocknungsaggregat;

Fig. 5 Schema eines Wärmeschrankes mit direkt wirkendem Umluftsystem und angeschlossenem bzw. integriertem Lufttrocknungsaggregat mit zwei Adsorptionsbetten;

Fig. 6 Schema eines Wärmeschrankes mit direkt wirkendem Umluftsystem und angeschlossenem bzw. integriertem Lufttrocknungsaggregat mit zwei Adsorptionsbetten;

Fig. 7 Diagramm der Trocknungsdauer eines Kunststoffteils in Abhängigkeit von der Trocknungserniedrigung bzw. Erniedrigung der relativen Luftfeuchtigkeit;

Fig. 8 ein Diagramm zur Veranschaulichung des Gleichge­ wichtszustandes eines zu trocknenden Polycarbonat­ teiles mit 0,35% H₂O-Sättigung in Abhängigkeit der relativen Luftfeuchtigkeit.

In dem in Fig. 1 gezeigten Wärmeschrank 1 mit Trocknungskammer 2 ist ein direkt wirkendes Umluftsystem mit horizontaler Luftführung verwirklicht. Vor Kopf des Gerätes ist der Umluftventilator 4 angeordnet, von dem ausgehend eine Luft-Zuführungszirkulations­ leitung 5 und Luft-Abführungsleitung 6 ausgehen. In der Luft-Zufüh­ rungsleitung 5 ist das Luftheizaggregat 3 angeordnet. Die horizonta­ le Luftführung wird dadurch ermöglicht, daß von der Luft-Zuführungs­ leitung 5 Luftaustritte 7 und gegenüberliegend Luftabführungsöff­ nungen 8 mit Anschluß an die Luft-Abführungsleitung 6 angeordnet sind, die zur Saugseite des Ventilators 4 führen. Weil es sich im ein geschlossenes Umluftsystem handelt, bei dem zunächst kein Luftaustausch vorgesehen ist, kann von diesem System nur eine sehr begrenzte Trocknungswirkung erreicht werden.

Fig. 2 zeigt ein ähnliches Umluftschema des Wärmeschrankes 1, bei dem gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Hier tritt die Luft aus der Druckseite des Ventilators aus und in das Luftheizaggregat 3 ein, von wo es in vertikale Luft-Zuführungs­ leitungen 5a, 5b übergeht und am Grunde der Wärmeinnenkammer bzw. Trocknungskammer 2 austretend im oberen Bereich der Trocknungskammer 2 in die Luft-Abführungsleitung 6 übertritt und somit in Zirkulation gehalten wird. Wie bereits vorgängig erwähnt, eignet sich das Umluftschema mit horizontaler Luftführung für horizontal eingelager­ te Materialien zur Trocknung, wogegen das Umluftschema gemäß Fig. 2 sich für stehende oder hängende, vertikal angeordnete Teile eignet bzw. Anwendung findet.

Eine Verbesserung gegenüber den gezeigten Schemata ergibt die Anordnung nach Fig. 3, worin zuschaltbar eine Frischluft-Zuführung 9 vorgesehen ist, durch welche das Umluftsystem mindestens teilweise regeneriert werden kann. Jedoch ist hier der Energiebedarf für das Aufheizen der permanent oder intermittierende zugeführten Frischluft wenig höher als bei den Ausführungen der Fig. 1 und 2.

Eine erfindungsgemäße Ergänzung des Umluftsystems mit einem Luft­ trocknungs-Aggregat 20 zeigt Fig. 4. Ähnlich der Ausführungen in den Fig. 1 bis 3 weist auch hier der Wärmeschrank 1 eine an die Luftkanäle 5a, 5b angeschlossene Trocknungskammer 2 auf sowie ein Luftheizaggregat 3. Am Kopfende des Wärmeschrankes 1 ist je eine Luftzuführungsleitung 5 sowie eine Luftabführungsleitung 6 vor­ gesehen. Zur Erniedrigung der relativen Feuchtigkeit der Trocknungs­ luft des Trocknungsluft-Kreislaufes ist ein separates Lufttrock­ nungsaggregat 20 vorgesehen. Dieses weist einen Nebenkreislauf der Trocknungsluft mit Luftkanälen 30, 31 auf. Im Lufttrocknungsaggregat 20 ist ein Adsorptionsbett 21 angeordnet, das mit einem extrem hydrophilen Material 22 in einer lockeren Schüttung angefüllt ist. Weiterhin befindet sich im Lufttrocknungsaggregat 20 eine Regene­ rierheizung 23 für das Adsorptionsbett 21 sowie ein Umluftventilator 24 anstelle des in den Fig. 1 bis 3 vor Kopf des Wärmeschrankes 1 angeordneten Umluftventilators 4. Dieser wird im vorliegenden Falle besser im Lufttrocknungsaggregat 20 untergebracht. Weiterhin besitzt das Aggregat eine Drei-Wege-Umschalt-Einheit 25, 26 und daran angeschlossen einen Regenerierluft-Abluftkanal 41 sowie einen Regenerierluft-Frischluft-Kanal 40 mit einem darin angeordneten Luftfilter 42 (punktiert dargestellt). An den Nebenkreislauf an­ schließend weist das Lufttrocknungsaggregat 20 einen Einlaßkanal 32 sowie einen Auslaßkanal 33 auf, wobei der Auslaßkanal 33 an die Luftzuführungsleitung 5 und der Einlaßkanal 32 an die Luftabfüh­ rungsleitung 6 des Wärmeschrankes 1 angeschlossen sind.

Die Wirkungsweise der Einrichtung ist folgende: Grundsätzlich wird bei den Lufttrocknungsaggregaten zwischen zwei unterschiedlichen Systemen unterschieden. Dies ist zum einen das in der Fig. 4 gezeig­ te, diskontinuierlich arbeitende Aggregat, wogegen in der Fig. 5 ein quasi-kontinuierlich arbeitendes Aggregat gezeigt ist. Beide Systeme unterscheiden sich nicht prinzipiell, jedoch weist das Aggregat für kontinuierliche Arbeitsweise einen etwas komplizierte­ ren Aufbau auf.

Bei der Einrichtung nach der Fig. 4 wird die Umluft vom Umluft- Ventilator 24 aus dem Innenraum der Trocknungskammer 2 abgesaugt und tritt mit Feuchtigkeit beladen in den Einlaßkanal 32 ein. Von dort wird die Luft in das Adsorptionsbett 21 und durch das darin befindliche hygroskopische Material 22 hindurchgeleitet. Das Adsorp­ tionsbett 21 ist mit einem speziellen Granulat (Baylith) gefüllt. Dieses Granulat ist in der Lage, extrem hohe Mengen Feuchtigkeit aus der Luft aufzunehmen. Beim Durchtritt durch das Granulat wird die Luft bis auf eine Restfeuchte von unter 0,0002% entfeuchtet und gelangt aus dem Adsorptionsbett in das Luftheizaggregat 3. Darin wird die Luft auf den gewünschten Temperaturwert, d. h. den Wert erhitzt, der für das jeweilige Kunststoffmaterial zur Trocknung erforderlich ist. Danach wird die Luft über die Luft-Zuführungs­ leitung 5a, 5b der Trocknungskammer 2 zugeführt und der Kreislauf beginnt von neuem.

Das Adsorptionsbett 21 ist ein runder Edelstahlbehälter, dessen unteres und oberes Ende jeweils einen Ein- und Austritt aufweisen. Das Granulat kann nicht unbegrenzte Mengen Feuchtigkeit aufnehmen. Deswegen muß es nach ca. 1 Stunde Betriebszeit regeneriert werden. Dieser Regeneriervorgang erfolgt in der Weise, daß elektromotorisch antreibbare Drei-Wege-Kugelhähne 25, 26 den Trockenluftkreislauf unter Einbezug der Trocknungskammer 2 verschließen und einen exter­ nen Kreislauf freigeben. Über den externen Kreislauf wird zunächst über den Drei-Wege-Kugelhahn 26 und den Ventilator 24 Außenluft angesaugt. Diese wird im Filter 42 gefiltert und in der Regene­ rierheizung 23 auf ca. 200°C erwärmt. Diese heiße Luft wird sodann durch das Adsorptionsbett 21 bzw. durch die Schüttung 22 hindurch­ geleitet. Im Adsorptionsbett werden die im Baylith gebundenen Feuchtigkeits-Bestandteile langsam verdampft und mit der 200°C heißen Luft über den elektromotorischen Kugelhahn 25 durch den Regenerierluft-Abluft-Kanal 41 ins Freie geführt. Dieser Vorgang dauert ca. 6 min. Danach muß das Adsorptionsbett 21 bzw. die darin befindliche Schüttung abgekühlt werden, was weitere 8 min in An­ spruch nimmt.

Nach diesem Regeneriervorgang wird über die elektromotorischen Kugelhähne 25, 26 der ursprüngliche Trocknungskreislauf wieder freigegeben und die Zuführung der trockenen Luft zur Trocknungs­ kammer 2 und Rückführung der befeuchteten Luft zum Adsorptionsbett 21 von neuem in Gang gesetzt. Soweit die Wirkungsweise des diskon­ tinuierlich arbeitenden Lufttrocknungsaggregates 20.

Eine Variante eines kontinuierlich arbeitenden Lufttrocknungsaggre­ gates ist in der Fig. 5 dargestellt. Darin sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. In diesem Falle weist die Luft-Abführungsleitung 6 den Umluftventilator 4 für den Trocknungs­ luft-Kreislauf auf. Bei der Einrichtung nach Fig. 5 weist das Lufttrocknungsaggregat 20 an Verzweigungen 34a, 34b der Kanäle 31, 30 anschließend, in Parallel-Anordnung zwei je einen Nebenkreislauf bildende Umluftführungen auf. Diese umfassen jeweils ein Adsorp­ tionsbett 21a, 21b und je eine Regenerier-Heizung 23a bzw. 23b, sowie je eine Drei-Wege-Umschalt-Einheit 25a, 25b bzw. 26a, 26b sowie an jeweils eine weitere Verzweigung (punktiert dargestellt) 35a, 35b anschließend und einem jeden der beiden Nebenkreisläufe zu- und abschaltbar zugeordnet, einen Regenerierluft-Frischluftkanal 40 mit einem darin angeordneten Luftfilter 42 mit Umluft-Ventilator 43 sowie einen Regenerierluft-Abluftkanal 41. Der Umluft-Ventilator 4 für den Trocknungsluft-Kreislauf ist vorzugsweise in dem die Luftabführungsleitung 6 des Wärmeschrankes 1 mit dem Einlaßkanal 32 des Lufttrocknungsaggregates 20 verbindenden Leitungsstrang angeordnet.

Die Wirkungsweise ist ähnlich der in Fig. 4 dargestellten Einrich­ tung, wobei angenommen wird, daß sich derzeit Adsorptionsbett 21a in Betrieb befindet und die Aufgabe übernimmt, die Luft zu entfeuch­ ten. Auch diese Adsorptionsbetten 21a, 21b sind mit dem speziellen Granulat (Baylith) gefüllt, welches extrem hohe Mengen Feuchtigkeit aufzunehmen in der Lage ist. Auch hier wird die Luft bis auf eine Restfeuchte unter 0,0002% entfeuchtet und gelangt aus dem Adsorp­ tionsbett 21a zunächst wieder zur Verzweigung durch das dann geöff­ nete Ventil 25a (in der Darstellung ist dies geschlossen gezeigt) über Auslaßkanal 33 sowie die Luft-Zuführungsleitung 5 in den Wärme­ schrank 1 bzw. in dessen Trocknungskammer 2, nachdem die Luft das Luftheizaggregat 3 passiert hat, worin es auf die vorgesehene Trocknungstemperatur erwärmt wurde.

Während der Zeit, in welcher das Adsorptionsbett 21a in Betrieb ist, wird das Adsorptionsbett 21b regeneriert. Hierfür sind die Umschalt­ einheiten 26a, 26b in diejenige Stellung geschaltet, mittels welcher Frischluft durch den Regenerierluft-Frischluft-Kanal 40 und über das Luftfilter 42 mit dem Umluftventilator 24 über die Regenerier­ heizung 23b in erhitztem Zustand durch das Adsorptionsbett 21b und aus diesem über das entsprechend geschaltete Ventil 26a zum Regene­ rierluft-Abluftkanal 41 zum Austritt in die Außenatmosphäre geführt wird. Dabei wird in der vorgeschilderten Weise das Adsorptionsbett bzw. die darin befindliche Schüttung des hydrophilen Materials getrocknet, anschließend wird der Nebenkreislauf gekühlt und sodann durch Umschaltung der Ventilgruppen 25a, 25b bzw. 26a, 26b das vorher in Betrieb befindliche Adsorptionsbett 21a nach Feuchtig­ keitssättigung zur Regeneration umgeschaltet und umgekehrt.

In der Fig. 6 ist eine weitgehend übereinstimmende Einrichtung gezeigt, wobei zur Intensivierung der Trocknungsluft-Zirkulation in die das Lufttrocknungsaggregat 20 mit dem Wärmeschrank 1 ver­ bindende Leitung 33, 5 ein Umluftventilator 4a eingeschaltet ist. Während in der Trocknungskammer 2 des Wärmeschrankes 1 der Fig. 5 eine im wesentlichen vertikale Luftzirkulation aufrechterhalten wird, wird in der Trocknungskammer 2 des Wärmeschrankes 1 der Einrichtung von Fig. 6 eine im wesentlichen horizontale Luftführung aufrechterhalten. Darüber hinaus sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und die Funktion ist in beiden Figuren prinzipiell gleich, wobei - wie gesagt - die Zirkulationsströmung im Ausführungsbeispiel der Einrichtung nach Fig. 6 eine höhere Intensität aufweist.

Zu den physikalischen Grundlagen des mit der Erfindung durchgeführ­ ten Trocknungsprozesses ist noch folgendes nachzutragen:

Weil die relative Feuchtigkeit der zirkulierenden Umluft bzw. Trocknungsluft im isobaren Zustand von der Temperatur abhängt, bezeichnet man den Wassergehalt nach dem Taupunkt der Luft. Der Taupunkt bezeichnet diejenige Temperatur, bei welcher das Wasser in der Luft als Nebel sichtbar wird, d. h., wenn eine Sättigung von 100% relative Feuchtigkeit vorhanden ist. Gleichzeitig ergibt sich hieraus eine exakte Angabe, welche Menge Wasser in einem Nm³ gesät­ tigter Luft enthalten ist. Hierfür sind einige Beispiele in der folgenden Tabelle aufgeführt:

Der in der Tabelle angegebene Taupunkt und die entsprechenden Angaben des Wasserinhalts pro Nm³ veranschaulichen den großen Unterschied im Feuchtegehalt von Luft. Während bei einem natürlichen Taupunkt bei Lufttemperatur von -17°C noch die geringe Menge von 1,03 g Wasser/Nm³ Luft enthalten sind, weist ein Nm³ Luft bei einem Taupunkt von -40°C nur noch die äußerst geringe Menge von 0,102 g Wasser, also in etwa nur noch 10% der Wassermenge bei -17°C auf.

Fig. 8 zeigt einen Gleichgewichtszustand, bei welchem die mögliche Feuchte im Polycarbonat-Material der relativen Luftfeuchte einer Trocknungsluft gegenübergestellt wird. Die schräg durch das Diagramm verlaufenden Taupunktskurven entsprechen jeweils einem Taupunkt zwischen +30°C und -40°C eines natürlichen Luftzustandes unter normalen Verhältnissen. Wenn man nun vom Schnittpunkt der Trock­ nungstemperaturen (Abszisse) und den Taupunktkurven nach rechts verfolgend die Feuchte in der Kunststoffplatte in Gewichtsprozent abliest, kann man unterschiedliche Werte feststellen, die sich bei gleicher Trocknungstemperatur aber unterschiedlichen Taupunkten ergeben.

Beispiel: Bei einer Trocknungstemperatur von 80°C und einem Tau­ punkt von entsprechend +10°C ergibt sich ein Gleichgewichtszustand von etwa 0,01%. Bei einem Taupunkt entsprechend -30°C dagegen ergäbe sich ein Gleichgewichtszustand von 0,0003%. Obwohl die Skala keine Angaben über die Trocknungsgeschwindigkeit enthält, wird durch diese große Differenz der relativen Feuchte erkennbar, daß bei einer Trocknung mit getrockneter Luft entsprechend einem Taupunkt von -30°C erheblich schneller getrocknet werden kann, als mit ungetrock­ neter Luft, wenn man den oberen Wert von 0,01% Feuchte im Granulat erreichen will.

Bei Trocknungstemperaturen von 120°C verschiebt sich die Restfeuch­ te in der Kunststoffplatte weiter nach unten bei einer relativen Luftfeuchte zwischen 0,5 und 0,6% auf eine Restfeuchte im Granulat von 0,002%. Hierdurch ergibt sich eine Geschwindigkeitserhöhung für die Trocknung mit getrockneter Luft bei einem Luftzustand, der entsprechend der linken Skala der relativen Luftfeuchtigkeit in Prozent mit abnehmendem Feuchtigkeitsgehalt der Luft entsprechend der Taupunkts-Kurvenschar nach einer Exponentialfunktion erwartungs­ gemäß mit steigender Tendenz zunimmt. Praktische Erfahrungen haben gezeigt, daß mit ungetrockneter Luft bei 120°C ein Polycarbonatteil in vier Stunden auf einen Restfeuchtegehalt von 0,015% getrocknet werden kann, während mit trockener Luft eines Feuchtezustandes entsprechend einem Taupunkt von -30°C mit einer relativen Feuch­ tigkeit von 0,02% dieselbe Trocknungsleistung in 1,5 Stunden erreicht wird.

Durch Versuche konnte ermittelt werden, daß die Trocknungszeit bspw. für Teile aus Acryl (Plexiglas) von 0,3% auf 0,1% H₂O bei einer Lufttemperatur von 90°C mit Umluft je nach Materialdicke 10 bis 20 Stunden benötigt, während das gleiche Ergebnis mit trockener Luft entsprechend einem Taupunkt von -30°C bereits in zwei Stunden erreicht wird.

Mit dem Verfahren und der Einrichtung nach der Erfindung wird der Trocknungsluft soviel Wasser entzogen, daß sie bei einer vorgegebe­ nen Temperatur in ihrer relativen Luftfeuchtigkeit soweit erniedrigt wurde, wie dies einem natürlichen Taupunkt von -30°C entspricht.

Dabei ist wichtig, daß die Trocknungsluft nicht durch einen Zusatz von Frischluft befeuchtet wird, sondern daß sie beim Durchströmen durch die Wärmekammern 1 sowie durch das Trocknungsaggregat 20 in einem geschlossenen Kreislauf geführt wird, wie dies in den Fig. 4 bis 6 dargestellt ist.

Unter diesen Arbeitsbedingungen ergibt sich die aus der Fig. 7 entsprechend darin eingezeichneten Kurve erkennbar Trocknungszeit­ verringerung in Stunden nach Maßgabe der relativen Feuchtigkeit (entsprechend der Taupunktstabelle) bzw. entsprechend einem relati­ ven Feuchtigkeitszustand der Trocknungsluft zwischen einem Taupunkt entsprechend +10°C in Nm³ und -40°C. Aus diesem Diagramm geht bspw. hervor, daß unter sonst gleichen Bedingungen eine Verringerung der Trocknungszeit von 20 Stunden auf etwa 1 ½ Stunden erreicht werden kann.

Diese außerordentlich effektive Trocknungsleistung wird nach dem Verfahren und mit der Einrichtung der Erfindung in vergleichsweise unkomplizierter Weise und mit vergleichsweise äußerst wirtschaftli­ chen Mitteln mit einem minimalen Einsatz an Primärenergie erreicht, wobei auch noch eine außerordentliche Schonung des zu trocknenden Materials gegeben ist.

Insofern stellt die Erfindung eine optimale Lösung der eingangs gestellten Aufgabe dar. Hervorzuheben ist noch, daß von der Erfin­ dung das Luftführungssystem zur Erniedrigung der relativen Feuchtig­ keit von Trocknungsluft für das Vortrocknen und/oder Tempern von Kunststoffteilen auch ohne die Verknüpfung von Wärmeschrank/Trocken­ luftaggregat umfaßt wird.

Liste der Bezugszeichen

 1 Wärmeschrank
 2 Trocknungskammer
 3 Luftheizaggregat
 4 Umluftventilator
 5 Luft-Zuführungsleitung
 6 Luft-Abführungsleitung
 7 Luftaustritt
 8 Luft-Abführungsöffnung
 9 Frischluftzuführung
20 Lufttrocknungs-Aggregat
21 Adsorptionsbett
22 hydrophiles Material
23 Regenerier-Heizung
24 Umluft-Ventilator
25 Dreiwege-Umschalt-Einheit a/b
26 Dreiwege-Umschalt-Einheit a/b
30 Luftkanal
31 Luftkanal
32 Einlaßkanal
33 Auslaßkanal
34 Verzweigung a/b
35 Verzweigung a/b
40 Regenerierluft-Frischluft-Kanal
41 Regenerierluft-Abluft-Kanal
42 Luftfilter

Claims (10)

1. Verfahren zum Vortrocknen und/oder Tempern von Kunststoffteilen gekennzeichnet durch einen im Kreislauf geführten Strom angewärmter Trocknungsluft, wobei diese im Vorbeistreichen an den zu trocknenden Teilen Verdunstungswärme abgibt und durch Dampfaufnahme ihre relative Feuchtigkeit erhöht, und wobei aus dem feuchtigkeitsbeladenen, abgekühlten Teil des Trocknungsluft-Kreislaufs zumindest ein Teilstrom abgezweigt, in einen Nebenkreislauf geleitet und darin durch eine poröse Filtermasse eines hydrophilen Materials hindurchgeleitet und unter im wesentlichen isothermen Bedingun­ gen durch adsorptive Bindung von Feuchtigkeit an das hydrophile Material dem Teilstrom oder Strom der zirkulierenden Trock­ nungsluft Feuchtigkeit unter Erniedrigung der relativen Feuch­ tigkeit entzogen und danach der Teilstrom bzw. Strom wieder in den Trocknungsluft-Kreislauf zurückgeführt, darin zunächst die Temperatur unter weiterer Erniedrigung der relativen Feuchtigkeit erhöht und die so regenerierte Trocknungsluft über die zu trocknenden Teile zur erneuten Feuchtigkeitsaufnahme geleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenkreislauf nach einer vorgegebenen Zeitspanne in Abhängigkeit von der Feuchtigkeitsaufnahmefähigkeit der hydro­ philen Masse vor deren Sättigung vom Trocknungskreislauf abgekoppelt und der Filter mit erwärmter Luft durchströmt, dabei die hydrophile Masse schonend getrocknet und nach Errei­ chen eines vorgegebenen Trocknungsgrades bzw. Regenerierungs­ grades der Filtermasse der Nebenkreislauf wieder an den Trock­ nungskreislauf angekoppelt wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Trocknungsluft-Kreislauf zwei parallele Nebenkreisläufe je wechselseitig zu- und abschaltbar zugeordnet sind, wobei jeweils einer zur quasi-kontinuierlichen Regeneration der Trocknungsluft in deren Kreislauf eingekoppelt ist, während im anderen Nebenkreislauf die feuchtigkeitsbeladene hydrophile Masse getrocknet und regeneriert wird, und daß nach Feuchtig­ keitsbeladung der Masse des einen Kreislaufs und Regeneration der Masse des anderen Kreislaufs der eine Nebenkreislauf vom Trocknungsluft-Kreislauf abgekoppelt und der andere Neben­ kreislauf an den Trocknungsluft-Kreislauf angekoppelt wird und umgekehrt.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Trocknung bzw. zum Tempern der Kunststoffteile ein Wärmeschrank mit innerem Kreislauf der Trocknungsluft und zur Feuchtigkeitserniedrigung der Trocknungsluft ein separates Lufttrocknungsaggregat mit innerem Nebenkreislauf des aus dem Kreislauf der Trocknungsluft abgezweigten Luft- bzw. Teil­ stromes verwendet wird, und daß die beiden separaten Kreisläufe unter Verwendung mittels Umschaltorganen zu- und abschaltbarer Leitungen miteinander verbindbar und vorzugsweise in Reihe schaltbar sind.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als hydrophile Masse ein granulatförmiges Material mit extrem hoher Feuchtigkeitsaufnahmebereitschaft, vorzugsweise Baylith verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die über das Adsorptionsbett aus Baylith geleitete Trock­ nungsluft bis auf eine Restfeuchte unter 0,0002% entfeuchtet wird.

7. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 6, wobei zur Trocknung bzw. zum Tempern der Kunststoffteile ein Wärmeschrank (1) umfassend eine an Luftkanäle (5a, 5b) ange­ schlossene Trocknungskammer (2) ein Luftheizaggregat (3) und fallweise einen Umluftventilator (4) sowie je eine Luftzufüh­ rungs- (5) sowie eine Luftabführungs-Leitung (6) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erniedrigung der relativen Feuchtigkeit der Trocknungs­ luft ein separates Lufttrocknungsaggregat (20) vorgesehen ist, welches einen Nebenkreislauf der Trocknungsluft ausbildende Luftkanäle (30, 31) aufweist, umfassend ein Adsorptionsbett (21) für das hydrophile Material (22) sowie eine Regenerier- Heizung (23) für das Adsorptionsbett (21), einen Umluftventila­ tor (24), eine Drei-Wege-Umschalt-Einheit (25, 26) sowie einen Regenerierluft-Frischluft-Kanal (40) mit einem darin angeord­ neten Luftfilter (42) und einen Regenerierluft-Abluft-Kanal (41) sowie einen an den Nebenkreislauf anschließenden Ein­ laßkanal (32) und je einen Auslaß-Kanal (33), wobei der Aus­ laßkanal (33) an die Luftzuführungsleitung (5) und der Ein­ laßkanal (32) an die Luftabführungsleitung (6) des Wärmeschran­ kes (1) angeschlossen ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Lufttrocknungsaggregat (20), an Verzweigungen (34a, 34b) der Kanäle (31, 30) anschließend, in Parallel-Anordnung zwei je einen Nebenkreislauf bildende Umluftführungen aufweist, umfassend jeweils ein Adsorptionsbett (21a, 21b), je eine Regenerier-Heizung (23a) bzw. (23b), je eine Dreiwege-Umschalt- Einheit (25a, 25b bzw. 26a, 26b) und an jeweils eine weitere Verzweigung (35a) bzw. (35b) anschließend, einem jeden der beiden Nebenkreisläufe zu- und abschaltbar zugeordnet, einen Regenerierluft-Frischluftkanal (40) mit darin angeordnetem Luftfilter (42) und Umluft-Ventilator (43) sowie einen Regene­ rierluft-Abluft-Kanal (41), wobei der Umluft-Ventilator (4) für den Trocknungsluft-Kreislauf vorzugsweise in dem die Luftabführungsleitung (6) des Wärmeschrankes (1) mit dem Einlaßkanal (32) des Lufttrocknungsaggregates (20) verbindenden Leitungsstrang angeordnet ist.

9. Lufttrocknungsaggregat zur Erniedrigung der relativen Feuchtig­ keit von Trocknungsluft zur Trocknung bzw. zum Tempern von Kunststoffteilen, dadurch gekennzeichnet, daß das Lufttrocknungsaggregat Luftkanäle (30, 31) aufweist, ein Adsorptionsbett (21) für das hydrophile Material (22) umfaßt sowie eine Regenerier-Heizung (23) für das Adsorptions­ bett (21), einen Umluftventilator (24), eine Drei-Wege-Um­ schalt-Einheit (25, 26) sowie einen Regenerierluft-Frischluft- Kanal (40) mit einem darin angeordneten Luftfilter (42) und einen Regenerierluft-Abluft-Kanal (41) sowie einen an einen Nebenkreislauf anschließbaren Einlaßkanal (32) und je einen Auslaß-Kanal (33), wobei der Auslaßkanal (33) an eine Luftzu­ führungsleitung (5) und der Einlaßkanal (32) an eine Luft­ abführungsleitung (6) einer Trocknungseinrichtung angeschlossen ist.

10. Lufttrocknungsaggregat zur Erniedrigung der relativen Feuchtig­ keit von Trocknungsluft zur Trocknung bzw. zum Tempern von Kunststoffteilen, dadurch gekennzeichnet, daß das Lufttrocknungsaggregat (20), an Verzweigungen (34a, 34b) der Kanäle (31, 30) anschließend, in Parallel-Anordnung zwei je einen Nebenkreislauf bildende Umluftführungen aufweist, umfassend jeweils ein Adsorptionsbett (21a, 21b), je eine Regenerier-Heizung (23a bzw. 23b), je eine Dreiwege-Umschalt- Einheit (25a, 25b bzw. 26a, 26b) und an jeweils eine weitere Verzweigung (35a bzw. 35b) anschließend, einem jeden der beiden Nebenkreisläufe zu- und abschaltbar zugeordnet, einen Regene­ rierluft-Frischluftkanal (40) mit darin angeordnetem Luftfilter (42) und Umluft-Ventilator (43) sowie einen Regenerierluft- Abluft-Kanal (41), wobei gegebenenfalls ein Umluft-Ventilator (4) für einen Trocknungsluft-Kreislauf vorzugsweise in dem die Luftabführungsleitung (6) einer Trocknungseinrichtung mit dem Einlaßkanal (32) des Lufttrocknungsaggregates (20) verbindenden Leitungsstrang angeordnet ist.