DE4337539A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Sortieren und Aussortieren thermoplastischer Kunststoffteile durch selektive Formveränderung der zu sortierenden Teile - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Sortieren und Aussortieren thermoplastischer Kunststoffteile durch selektive Formveränderung der zu sortierenden TeileInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aussortieren thermoplastischer Kunststoffteile aus
einem Gemengestrom und zum Sortieren von Gemischen unterschiedlicher thermoplastischer
Kunststoffsorten, des weiteren Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens.
Verschiedene Sorten thermoplastischer Kunststoffe erweichen bei unterschiedlichen
Temperaturen bzw. schmelzen in unterschiedlichen Temperaturbereichen. Die mit der
Erweichung stattfindende Änderung der physikalischen Eigenschaften von Thermoplasten
können zur Sortierung von Kunststoffen oder zur Separation von Kunststoffen aus
Materialien wie beispielsweise Glas, Metall oder auch anderen Kunststoffen genutzt werden.
Diese Aufgabe stellt sich in vielfältiger Weise vor allem beim Recycling gebrauchter
Kunststoffe. Durch die Möglichkeit des Sortierens nach verschiedenen thermoplastischen
Kunststoffsorten werden Abfälle vermieden und es ergeben sich hochwertige
Recyclatqualitäten, welche wieder in kunststoffspezifischen Anwendungsbereichen eingesetzt
werden können und dadurch die Verwendung von Neuware ersetzen.
Es ist Stand der Technik, thermoplastische Kunststoffe aus einem Gemengestrom
auszusortieren, indem der Gemengestrom mit einer beheizten Trennfläche in Berührung
gebracht wird, wodurch die zu sortierenden Kunststoffteile im Kontaktbereich der
Trennfläche anschmelzen und an dieser festkleben. Die Trennfläche mit den anhaftenden
Kunststoffteilen wird daraufhin wieder vom Gemengestrom weggeführt, wo dann
nachfolgend die Teile wieder abgerakelt werden (DE-37 27 777 C2).
Da dieses Separationsprinzip auf Klebung beruht, wird bei diesem Verfahren die Trennfläche
trotz der Abrakelung zunehmend mit einer dünnen Klebeschicht aus erweichten
Thermoplasten belegt, wodurch auch nicht zu sortierende Stoffe haften bleiben. Eine
Sortenreinheit der Zielfraktion ist somit in Frage gestellt.
In der Patentanmeldung P 42 02 095.6 wird eine Separationsmethode beschrieben, bei der die
erweichten Thermoplastanteile eines erwärmten Gemengestromes durch eine nur für die
erweichten Thermoplastanteile selektiv zugängliche Zerkleinerung erfaßt, zerkleinert und
dadurch vom Gemengestrom abgetrennt werden können.
Das Patent P 42 07 398.7-16 beschreibt eine weitere Methode, bei der erweichte
Thermoplaste durch spezielle Separier- bzw. Eindringkörper mechanisch gefaßt und aus dem
Gemengestrom separiert werden.
Bei den beiden zuletzt genannten Verfahren, der selektiven Zerkleinerung und der Trennung
durch Separierkörper, können sich mechanische Unsicherheiten während des Zerkleinerungs-
oder Trennvorganges ergeben, wodurch jeweils die Sortierqualität oder der Betriebsablauf
beeinträchtigt werden kann. Verschmutzungsanteile im Gemengestrom sind bei diesen
Verfahren als kritisch zu bewerten. Insgesamt gesehen sind die beschriebenen Verfahren
jedoch noch zu neu und noch nicht in der Praxis eingeführt, so daß eine weitergehende
Beurteilung zum gegenwärtigen Zeitpunkt nicht möglich ist.
Es ist eine weitere Sortiermethode bekannt, welche das Erweichungsverhalten
thermoplastischer Kunststoffe in Verbindung mit Schrumpfungseffekten nutzt. Das
Schrumpfen führt zu Formveränderungen der Kunststoffteile, was für Sortierzwecke genutzt
werden kann. Damit diese Methode funktioniert, muß im dem zu sortierenden Kunststoff
bzw. Produkt eine Molekülorientierung vorhanden sein. Bei Raumtemperatur sind diese
Orientierungen "eingefroren". Wird dieser Kunststoff auf seine spezifische
Erweichungstemperatur erwärmt, werden diese Orientierungen wieder weitgehend abgebaut.
Es werden dadurch innere Kräfte freigesetzt, welche sich makroskopisch durch eine
Schrumpfung in Orientierungsrichtung zu erkennen geben. Molekülorientierungen werden in
Kunststoffen bei bestimmten Verarbeitungsverfahren erzeugt. Es sind dies im wesentlichen
das Recken, Blasformen, Warmformen, Ziehen und Schäumen. Mit dieser Separiermethode
können Gemische von unzerkleinerten Produkten mit ähnlicher Form und Größe in
Abhängigkeit von der Art der Verarbeitung nach Kunststoffsorten getrennt werden. Als
Sortierbeispiel sei hier die Trennung spritzgegossener Jokurtbecher aus Polypropylen von
warmgeformten Jokurtbechern aus Polystyrol genannt.
Durch die vielen einzuhaltenden Randbedingungen dieser Sortiermethode, wie die Art der
Verarbeitung, Produktform- und größe, ist sie jedoch nur für ganz spezielle Sortieraufgaben
geeignet.
Der beanspruchten Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches, kostengünstiges,
betriebssicheres und allgemein anwendbares Verfahren mit entsprechenden Vorrichtungen
zum Aussortieren thermoplastischer Kunststoffteile aus einem Gemengestrom bzw. zum
Sortieren unterschiedlicher thermoplastischer Kunststoffteile anzugeben, welches die
Nachteile der auf Klebung basierenden Trennung überwindet, eventuelle mechanische
Unsicherheiten wie bei der Separation mit Separierkörpern oder der selektiven Zerkleinerung
nicht zuläßt und zusätzlich weitgehend unempfindlich gegenüber Verschmutzungen des
Gemengestromes ist. Es können mit dem Verfahren beispielsweise Kunststoffgemische in
Form von Mahlgut sortiert werden. Es ist dadurch unabhängig von der
Verarbeitungsmethode der ursprünglichen Produkte und deren Form und Größe.
Die Verfahrensidee nach Anspruch 1 beruht darauf, daß die einzelnen Teile eines erwärmten
Gemengestromes durch äußere, formgebende Kräfte so beansprucht werden, daß unter
diesem Einfluß die sortenspezifisch erweichten Kunststoffteile selektiv ihre Form durch
Vergrößerung ihrer Oberflächen so verändern, daß diese in einem nachfolgenden
Verfahrensschritt unter Nutzung dieser Formveränderung aus dem Gemengestrom separiert
werden können.
Eine Vorrichtung zur Durchführung dieser Formveränderung wird in Anspruch 3 angegeben.
Hierbei wird der erwärmte Gemengestrom (Fig. 1, 5) mit den erweichten Kunststoffteilen
zwischen zwei rotierenden Walzen (Fig. 1, 6b) mit elastischen Oberflächen hindurchgeführt.
Die erweichten Kunststoffteile werden hierbei durch die im Walzenspalt voreingestellte
Pressung selektiv ausgewalzt, wodurch sich deren Oberflächen wesentlich vergrößern.
Elastische Walzenoberflächen lassen sich gemäß Anspruch 4 für diesen Zweck dadurch
herstellen, indem die Walzflächen mit einer Schicht aus elastischem Kunststoff belegt
werden, wie zum Beispiel mit Gummi oder Silikonkautschuk. Silikonkautschuk hat durch
seine Antihaft-Eigenschaften den Vorteil, daß Kunststoffteile kaum ankleben. Die Pressung
im Walzenspalt ist durch einen beliebig wählbaren Achsenabstand der beiden Walzen (6b)
frei einstellbar. Dadurch kann die Verformungsstrecke 6 bezüglich der auf die Teile
einwirkenden Preßkraft optimal an die jeweilige Trennaufgabe angepaßt werden. Durch eine
Temperierung bzw. Kühlung der Walzen (6b), gemäß Anspruch 5, läßt sich der Vorgang des
Auswalzens zusätzlich steuern. In diesem Falle ist es zweckmäßig, nur eine der Walzen zu
temperieren und diese wegen der guten Wärmeleitung ganz in Metall auszuführen, während
die zweite, nicht temperierte Walze eine elastische Kunststoffoberfläche besitzt. Diese
Anordnung bringt den praktischen Vorteil, daß sich die erweichten Kunststoffteile im
Walzenspalt abkühlen können, wodurch ein Ankleben der Teile an der Walze nach dem
Verlassen des Walzenspaltes verhindert wird. Da die erweichten Kunststoffteile beim
Auswalzen selektiv ihre Oberflächen vergrößern, kühlen sie sich aufgrund der größeren
Kontaktfläche mit der gekühlten Metallwalze bevorzugt ab.
Die eigentliche Formveränderung der zu sortierenden Teile findet bereits beim Eintritt in den
Walzenspalt statt. Durch die Abkühlung im Walzenspalt wird die Formveränderung der
ausgewalzten Teile fixiert, so daß eine eventuelle Rückverformung nach dem Verlassen des
Walzenspaltes nicht mehr möglich ist.
In einem nachfolgenden Verfahrensschritt werden dann die ausgewalzten bzw.
formveränderten Teile aus dem Gemengestrom abgetrennt. Nach Anspruch 6 ist dies durch
unterschiedliche Methoden möglich. Im naheliegenden Falle bieten sich hierzu einfache
Siebverfahren an, bei denen allein die beim Walzen erzeugten Größenunterschiede der Teile
die Trennbarkeit gewährleisten. Bei elektrostatischen Trennverfahren und auch bei der
Trennung durch Windsichtung ist nicht allein die Teilegröße, sondern das Verhältnis von
Oberfläche/Masse der einzelnen Teile für das Trennergebnis von Bedeutung.
Dieser Sachverhalt läßt sich mittels Fig. 2 verdeutlichen. In Fig. 2 fallen die Teile nach
dem Verlassen der Walzen senkrecht nach unten durch ein elektrisches Feld mit einem
horizontalen Feldlinienverlauf. Die beim Durchgang durch die Walzen aufgeladenen Teile
werden durch das elektrische Feld in horizontaler Richtung abgelenkt bzw. beschleunigt. Das
Maß der Beschleunigung eines Teiles hängt hierbei von dessen Masse und der sich auf der
Oberfläche befindenden Ladung ab. Da ein ausgewalztes Teil aufgrund der vergrößerten
Oberfläche mehr Ladung aufnehmen kann, wird dieses entsprechend stärker beschleunigt als
ein nicht ausgewalztes Teil, wodurch sich ein Trenneffekt ergibt. Durch den Trennkeil (12)
werden dann die ausgewalzten Teile separat weitergeleitet.
Wird anstelle der elektrostatischen Trennung eine Windsichtung durchgeführt, kann man
einen gleichartigen Trenneffekt erzielen. Die beschleunigenden Kräfte ergeben sich hierbei
aus den Strömungswiderständen der einzelnen Partikel.
Fig. 1 zeigt eine komplette Anordnung zur Durchführung des Verfahrens. Diese besteht aus
drei charakteristischen Hauptkomponenten: einer Erwärmungsstrecke (4), einer
Verformungsstrecke (6) und einer Trenneinheit (8). Die Partikel des Gemengestromes (2)
werden vereinzelt auf dem Transportband (3) abgelegt. Diese Vereinzelung ist Stand der
Technik und wird in Fig. 1 symbolisch durch ein Rakel (1) dargestellt.
Bei der nachfolgenden Erwärmungsstrecke (4) gibt es mehrere Möglichkeiten der
Erwärmung (Anspruch 2):
- a) Erwärmung des gesamten Gemengestromes bis zu einer Temperatur, bei der die Thermoplastanteile mit den niedrigsten Schmelztemperaturen erweichen.
- b) Selektive Erwärmung bestimmter Thermoplastsorten durch Mikrowellen, IR-Strahlung oder Hochfrequenzerwarmung.
Mit der unter (b) genannten Erwärmungsmethode kann man einen speziell bei Kunststoffen
vorhandenen physikalischen Effekt nutzen. Es erwärmen sich dabei verschiedene
Kunststoffsorten unterschiedlich schnell, indem sie sortenspezifisch die Wärmestrahlung
bzw. die elektromagnetischen Wellen verschieden stark absorbieren. Eventuell im Kunststoff
vorhandene Füllstoffe oder auch Farbstoffe können, je nach Wechselwirkung mit der
gewählten Erwärmungsmethode, einen erheblichen Einfluß auf das Absorptionsverhalten des
Kunststoffes ausüben. Dies kann dazu genutzt werden, Kunststoffe nicht nur
sortenspezifisch, sondern auch füllstoffspezifisch, oder nach Farben zu sortieren
(Anspruch 9). Dadurch wird es mit dieser Sortiermethode beispielsweise möglich, bestimmte
Kunststoffsorten in gefärbtes und farbloses Material zu trennen.
Durch eine mehrfache Hintereinanderschaltung des Verfahrens mit unterschiedlichen
Erwärmungsmethoden ergeben sich so eine Vielzahl von Möglichkeiten, ein oder mehrere in
Gemischen vorhandenen Kunststoffe nach Sorten, Farben oder enthaltenen Füllstoffen zu
separieren.
Weitergehend können bereits durch selektive Verformung abgetrennte Kunststoffteile durch
eine nachfolgende selektive Erwärmung wieder geschrumpft werden. Aufgrund dieser
Schrumpfung kann das bereits aussortierte Material direkt nochmals nach weiteren
Sortierkriterien aufgetrennt werden (Anspruch 10).
Fig. 2 zeigt eine weitere Ausgestaltungsvariante des Verfahrens (Anspruch 7). Die drei
Einzelkomponenten gemäß Fig. 1 werden hier zu einer Maschineneinheit integriert. Das
Transportband (3a) umschlingt hierbei eine der beiden Verformungswalzen. Das
Transportband besteht in diesem Falle bevorzugt aus Metall (Anspruch 8). Ein Metallband
kann sich beim Kontakt mit der umschlungenen und gleichzeitig gekühlten
Verformungswalze selbst auch soweit abkühlen, daß ein Ankleben der Partikel am Band nach
dem Durchgang durch den Walzenspalt sicher verhindert wird. Nach dem Verlassen der
Walzen werden die Teile dann gleich beim Fallen elektrostatisch aufgetrennt.
Beim Siebverfahren sind allein die Größenunterschiede der ausgewalzten Teile im Vergleich
zu den nicht ausgewalzten für die Trennung maßgebend. Bei elektrostatischer Trennung
oder bei der Windsichtung ist das Verhältnis von Oberfläche/Masse der einzelnen Teile von
Bedeutung. Dadurch ist bei diesen Trennmethoden im Gegensatz zum Siebverfahren das
Trennergebnis weitgehend unabhängig von den Abmessungen der einzelnen Teile beim Input
(Fig. 1, 2) in das Verfahren. Zu kleine Partikel des Inputs müssen jedoch aus dem
Gemengestrom entfernt werden, weil diese von der Trennung nicht sicher erfaßt werden
können. Dies stellt in der Praxis jedoch kein Problem dar, da diese Feinanteile durch einfache
Siebung aus dem Gemengestrom entfernt werden können, bevor dieser dem Trennverfahren
zugeführt wird. Ist diese Bedingung erfüllt, so kann mit dem hier vorgestellten Verfahren
Mahlgut sortiert werden. Das Trennverfahren wird in seiner Wirksamkeit zusätzlich
unterstützt, wenn beim Mahlen der Kunststoffe nur grobe Siebeinlagen in der Mühle
verwendet werden.
Mit dem hier beanspruchten Verfahren und dazugehörenden Vorrichtungen lassen sich
vielfältige Sortierprobleme lösen. Die hier vorgeschlagene Methode ist verfahrenstechnisch
unkompliziert und weitgehend unempfindlich gegenüber eventuell auftretenden Störungen.
Sie erweist sich als eine praxisgerechte, außerordentlich wirtschaftliche Methode zur
Sortierung von Kunststoffen beim Recycling. Die Erfindung hat eine hohe
volkswirtschaftliche Bedeutung und bringt einen wichtigen Beitrag zur Entlastung der
Umwelt von Abfällen.
Bezugszeichenliste
1 Zuführrinne
2 Gemengestrom (Input)
3 Transportband
3a Transportband aus Metall
4 Erwärmungsstrecke
5 Gemengestrom erwärmt
6 Verformungsstrecke
6a Trichter
6b Walzenpaar
6c Rakel
7 Gemengestrom mit verformten (ausgewalzten) und unverformten Teilen
8 Trenneinheit
9 verformte (ausgewalzte) Kunststoffteile
10 nicht ausgewalzte Kunststoffteile und andere Werkstoffe
11 Polplatten zur elektrostatischen Trennung
12 Trennkeil
13 Auffangwanne
2 Gemengestrom (Input)
3 Transportband
3a Transportband aus Metall
4 Erwärmungsstrecke
5 Gemengestrom erwärmt
6 Verformungsstrecke
6a Trichter
6b Walzenpaar
6c Rakel
7 Gemengestrom mit verformten (ausgewalzten) und unverformten Teilen
8 Trenneinheit
9 verformte (ausgewalzte) Kunststoffteile
10 nicht ausgewalzte Kunststoffteile und andere Werkstoffe
11 Polplatten zur elektrostatischen Trennung
12 Trennkeil
13 Auffangwanne
Claims (10)
1. Verfahren zum Sortieren und Aussortieren thermoplastischer Kunststoffteile aus
einem Gemengestrom und zum Sortieren unterschiedlicher thermoplastischer
Kunststoffsorten, unter Ausnutzung der physikalischen Eigenschaft
thermoplastischer Kunststoffe, bei Erwärmung sortenspezifisch ab einem
bestimmten Temperaturniveau zu erweichen bzw. zu schmelzen,
dadurch gekennzeichnet,
daß die einzelnen Teile eines Gemengestromes durch von außen einwirkende Kräfte
derart beansprucht werden, daß unter dem Kräfteinfluß die sortenspezifisch
erweichten Kunststoffteile selektiv ihre Form durch Vergrößerung ihrer
Oberflächen so verändern, daß diese in einem nachfolgenden Verfahrensschritt
unter Nutzung dieser Formveränderung aus dem Gemengestrom separiert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Gemengestrom insgesamt definiert erwärmt bzw. die zu separierenden
thermoplastischen Kunststoffteile des Gemengestromes durch Mikrowellen,
IR-Strahlung oder Hochfrequenz selektiv so erwärmt werden, daß die zu
sortierenden Kunststoffteile erweichen bzw. schmelzen und diese dadurch in einem
nachfolgenden Verfahrensschritt selektiv in ihrer Partikelform verändert werden
können.
3. Vorrichtung zur Veränderung der Partikelform zur Durchführung des Verfahrens
nach Anspruch 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Gemengestrom (Fig. 1, 5) mit den erweichten Kunststoffpartikeln zwischen
zwei rotierenden Walzen (Fig. 1, 6b) mit elastischen Oberflächen hindurchgeführt
wird und dabei die erweichten Kunststoffteile durch die voreingestellte Pressung im
Walzenspalt selektiv ausgewalzt werden und dabei ihre Oberflächen vergrößern.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Oberfläche von einer oder von beiden Walzen (6b) mit elastischem
Kunststoff, z. B. Gummi oder Silikonkautschuk, belegt ist, wodurch im Walzenspalt
eine elastische Preßkraft erzeugt wird, welche durch den veränderbaren
Achsenabstand des Walzenpaares in ihrer Größe variiert und damit an die jeweiligen
Sortierbedingungen angepaßt werden kann.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine der Walzen (6b) oder beide temperiert bzw. gekühlt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die formveränderten Kunststoffpartikel durch Siebverfahren, Windsichtung
oder elektrostatische Verfahren aus dem Gemengestrom abgetrennt werden.
7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Transportband (3), welches durch die Erwärmungsstrecke führt, über eine
der beiden Verformungswalzen verläuft.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Transportband (3a) ein dünnes, flexibles Metallband ist.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß unter Nutzung der selektiven Erwärmung und einer eventuellen
Hintereinanderschaltung der Trennmethode, Kunststoffe speziell nach Sorten, nach
dem Gehalt an Füllstoffen, Additiven oder nach bestimmten Farben sortiert werden.
10. Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die bereits durch selektive Verformung aus einem Gemengestrom abgetrennten
Kunststoffteile durch eine nachfolgende selektive Erwärmung wieder so
geschrumpft werden, daß sich dadurch erneut selektive Formveränderungen
ergeben, wodurch die bereits abgetrennten Kunststoffteile nochmals nach weiteren
Sortierkriterien aufgetrennt werden können.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934337539 DE4337539A1 (de) | 1993-10-31 | 1993-10-31 | Verfahren und Vorrichtung zum Sortieren und Aussortieren thermoplastischer Kunststoffteile durch selektive Formveränderung der zu sortierenden Teile |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934337539 DE4337539A1 (de) | 1993-10-31 | 1993-10-31 | Verfahren und Vorrichtung zum Sortieren und Aussortieren thermoplastischer Kunststoffteile durch selektive Formveränderung der zu sortierenden Teile |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4337539A1 true DE4337539A1 (de) | 1995-06-14 |
Family
ID=6501715
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19934337539 Ceased DE4337539A1 (de) | 1993-10-31 | 1993-10-31 | Verfahren und Vorrichtung zum Sortieren und Aussortieren thermoplastischer Kunststoffteile durch selektive Formveränderung der zu sortierenden Teile |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4337539A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102010063601A1 (de) * | 2010-12-20 | 2012-06-21 | Krones Aktiengesellschaft | Verfahren und Vorrichtung zum Abtrennen von Fremdpolymeren aus einem Polymergemisch |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4303500A1 (en) * | 1992-02-07 | 1993-08-12 | Juergen Deuerlein | Plastics sepn. for polyvinyl chloride and polyethylene terephthalate bottles - by sepg. hollow components contacting heated body and with lower softening point w.r.t. various physical properties e.g. elasticity |
-
1993
- 1993-10-31 DE DE19934337539 patent/DE4337539A1/de not_active Ceased
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4303500A1 (en) * | 1992-02-07 | 1993-08-12 | Juergen Deuerlein | Plastics sepn. for polyvinyl chloride and polyethylene terephthalate bottles - by sepg. hollow components contacting heated body and with lower softening point w.r.t. various physical properties e.g. elasticity |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102010063601A1 (de) * | 2010-12-20 | 2012-06-21 | Krones Aktiengesellschaft | Verfahren und Vorrichtung zum Abtrennen von Fremdpolymeren aus einem Polymergemisch |
US9061443B2 (en) | 2010-12-20 | 2015-06-23 | Krones Ag | Method and device for separating foreign polymers from a polymer mixture |
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