DE4445291C1

DE4445291C1 - Granulatschmelzvorrichtung für ein thermoplastisches Material

Info

Publication number: DE4445291C1
Application number: DE19944445291
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Puffe
Original assignee: Individual
Current assignee: Nordson Corp
Priority date: 1994-12-19
Filing date: 1994-12-19
Publication date: 1996-04-25
Anticipated expiration: 2014-12-20
Also published as: GB2296965B; FR2728190A1; GB9525900D0; FR2728190B1; GB2296965A

Description

Die Erfindung betrifft eine Granulatschmelzvorrichtung für ein thermoplastisches Material mit einem Behälter, der im wesentli chen vertikale Seitenwände, eine obere Aufgabeöffnung zum Aufge ben von Granulat und eine untere Abflußöffnung zum Abziehen des verflüssigten Materials aufweist, mit zumindest einer Behei zungseinheit, die in der Höhe zwischen der Aufgabeöffnung und der Abflußöffnung angeordnet ist und dem Überführen des thermo plastischen Materials in einen zähflüssigen Zustand dient und mit einer Kühleinheit, die in der Höhe zwischen der Aufgabeöff nung und der zumindest einen Beheizungseinheit angeordnet ist.

Vorrichtungen dieser Art sind allgemein bekannt. Sie werden zum Erschmelzen von thermoplastischen Materialien verwendet, die in handelsüblicher Form als Granulat angeliefert werden und zur weiteren Verarbeitung beispielsweise zu Formkörpern oder Folien oder Heißklebermaterial in den schmelzflüssigen Zustand bei Temperaturen deutlich oberhalb der Umgebungstemperatur überführt werden müssen.

Sie umfassen üblicherweise neben den genannten Baugruppen eine unmittelbar an die Abflußöffnung angeflanschte Förderpumpe, insbesondere Zahnradpumpe, und ggfs. einen dieser nachgeordneten Filter, so daß sie die entsprechende Verarbeitungsmaschine un abhängig mit der erforderlichen Menge von verflüssigtem thermo plastischen Material versorgen können. Der Druck am Ausgang der Pumpe bzw. am Ausgang des Filters wird dabei zumeist über einen Drucksensor abgegriffen, um die Leistung der Pumpe auf einen konstanten Förderdruck zu regeln.

Üblicherweise ist die Schmelzvorrichtung im engeren Sinne aus Behälter mit Beheizungsvorrichtungen und Pumpen- und Filteranord nung insgesamt noch von einem Isoliergehäuse zur Unterbindung von Wärmeverlusten umbaut. Das Isoliergehäuse und insbesondere die Aufgabeöffnung des Behälters sind dabei zusätzlich durch einen wärmedichten Deckel abdeckbar.

Die Heizleistung der ersten Beheizungseinheit und der zweiten Beheizungseinheit wird bei bekannten Vorrichtungen so einge stellt, daß bei üblichen Betriebsbedingungen sich ein quasista tionärer Zustand derart einstellt, daß sich im oberen Bereich des Behälters eine Aufgabe- und Vorheizzone ausbildet, in der das Granulat bereits vorgewärmt wird, jedoch im schüttfähigen Zustand verbleibt, daß sich unterhalb dieser eine Vorschmelzzone ausbildet, in der das thermoplastische Material in eine zähflüs sige Schmelze übergeht, und daß sich in einer darunterliegenden Zone, die etwa an der zumindest einen Beheizungsvorrichtung be ginnt, eine Hauptschmelzzone ausbildet, in der das thermoplasti sche Material die zur Verwendung gewünschte Temperatur und damit die gewünschte Viskosität annimmt.

Vorrichtungen dieser Art haben den Nachteil, daß bei einem Zurückfahren der Abzugsmenge, d. h. der Verbrauchsmenge, der obengenannte quasistationäre Zustand aus dem Gleichgewicht kommt, da den Beheizungsvorrichtungen weiterhin eine bestimmte Wärmemenge zugeführt wird, oder selbst bei einem Rückführen der zugeführten Wärmemenge die in den Beheizvorrichtungen bereits vorhandene latente Wärme zu einem übermäßigen Aufheizen des nur noch langsam oder gar nicht mehr abfließenden thermoplastischen Materials führt. Dies hat zur Auswirkung, daß sich die Grenze zwischen der Aufgabe- und Vorheizzone und der Vorschmelzzone nach oben verschiebt, d. h. daß das thermoplastische Material nach oben durchschmilzt. Dies ist außerordentlich unerwünscht, da dies zu einer Oxidation des thermoplastischen Materials bei Luftzutritt führt, so daß dieses für die weitere Verwendung unbrauchbar wird. Der Schmelz- und Verarbeitungsprozeß muß un terbrochen werden und das unbrauchbar gewordene Material mit großem Aufwand entfernt werden, wobei praktisch ein gesamter Behälterinhalt an thermoplastischem Material verlorengeht. Noch schwerwiegender ist hierbei die Unterbrechung des entsprechenden Produktionsprozesses.

Aus der DE 88 06 521 U1 ist eine Vorrichtung der eingangs ge nannten Art bekannt, bei der eine ringförmige Kühleinheit ober halb der einzigen Beheizungseinheit ringförmig um den Behälter gelegt ist. Dieser ist als Teil einer Extruderanordnung oder einer Kolbenfördereinheit kreiszylindrisch und relativ schlank ausgeführt. Diese Anordnung führt zu einem radialen Temperatur gradienten im Bereich der Kühleinheit, der ein Durchschmelzen im Granulat im zentralen Behälterbereich bei angemessener Kühlung im Mantelbereich zu Folge haben wird. Dies läßt die Vorrichtung insbesondere beim Übergang auf größere Behälterdurchmesser als unzureichend erscheinen.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbes sern, daß auch bei stark schwankenden Abzugsmengen, d. h. Ver brauchsmengen der nachgeschalteten Verarbeitungsmaschine, und damit verbundenen großen Wärmemengen, die in der Beheizungsein heit zugeführt und in der Kühleinheit abgeführt werden müssen, der quasistationäre Zustand im Behälter im Hinblick auf die Temperaturen der einzelnen Zustandszonen bzw. im Hinblick auf den Temperaturverlauf über der Höhe des Behälters insbesondere auch bei großen Behälterquerschnitten aufrechterhalten werden kann.

Die Lösung hierfür besteht bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art darin, daß die Kühleinheit im Behäl ter horizontal angeordnet ist und über den Querschnitt des Be hälters verteilte Kühlelemente umfaßt, die von fluidem Kühlmit tel durchströmt werden. Hiermit wird es möglich, bei plötzlich zurückgefahrener Abzugsmenge den Wärmestau und das Durchschmel zen nach oben zu vermeiden, indem die in Bezug auf die reduzier te Durchsatzmenge zeitweise unangemessen hohe Wärmezufuhr durch die Beheizungseinheiten mühelos durch die Kühleinheit abgeführt wird, so daß ungeachtet dessen das thermoplastische Material in der oberen Aufgabe- und Vorheizzone granulatförmig bleibt und die Gefahr einer Oxidation nicht auftritt. Selbstverständlich ist es sinnvoll und bevorzugt, anschließend die Wärmezufuhr durch die Beheizungseinheiten möglichst schnell auf den tatsäch lichen Bedarf zurückzufahren, damit auch die Leistung der Kühl einheit wieder zurückgeführt werden kann.

In bevorzugter Ausgestaltung sind die Leistungen, d. h. die Heizleistungen der Beheizungseinheiten und die Kühlleistung der Kühleinheit unabhängig voneinander regelbar. Hierbei ist es insbesondere bevorzugt, in unmittelbarer Zuordnung zu jeder der genannten Einheiten einen Temperaturfühler anzubringen, der für die Leistungsregelung der jeweiligen Einheit bestimmend ist, so daß über die Variation der genannten Leistungen ein gewünschtes Temperaturprofil über der Höhe möglichst genau angesteuert wer den kann.

Um Störeinflüsse über die Wärmeleitung in den Behälterwänden von unten nach oben auszuschalten, sind diese in bevorzugter Weise aus Stahl ausgebildet, so daß hier ein verbessertes Verhalten gegenüber bisher bekannten Vorrichtungen erzielt wird, deren Be hälterwände aus Aluminium sind. Eine weitere Verbesserung in diesem Sinne ist dadurch möglich, daß beispielsweise Behälter wände verwendet werden, die nur eine dünne Auskleidung aus Stahlblech aufweisen, während die tragende Struktur durch ein schlecht wärmeleitendes, d. h. wärmeisolierendes Material gebil det wird. Hiermit kann ggfs. auf die zusätzliche Wärmeisolie rung der Gesamtanordnung verzichtet werden.

Um einen ungehinderten vertikalen Materialfluß im Behälter bei gleichzeitig möglichst großer Wärmeübertragungsfläche zu ermög lichen sind die Kühleinheit und die Beheizungseinheiten übli cherweise durch als vertikal ausgerichtete parallel zueinander angeordnete Platten ausgebildet, die gleichmäßig über den Behäl terquerschnitt verteilt sind, um keine thermischen Toträume zuzulassen.

Eine erste Beheizungseinheit ist allerdings vorzugsweise als flächig außen auf die Behälterwände aufgebrachte Plattenelemente ausgeführt, insbesondere als Glimmerheizplatten.

In günstiger konstruktiver Ausführung sind die Kühleinheit eben so wie eine zweite Beheizungseinheit durch eine erste Behälter wand von außen einschiebbar montiert und auf Widerlagern einer zweiten gegenüberliegenden Behälterwand auflagerbar ausgebildet.

Damit können sie zu Wartungs- und Reparaturzwecken leicht ausge baut werden. Insbesondere wird damit eine Reinigung des Behäl ters möglich, die nach Betriebsstillständen erforderlich werden kann.

Zumindest eine weitere Behei zungseinheit kann in der Nähe der Abflußöffnung angeordnet sein. Sie dient dem Überführen des thermoplastischen Materials in den vollflüssigen Zustand. Eine weitere Beheizungseinheit kann unmittelbar auf dem Boden des Behälters angeordnet sein, wobei dieser mit Neigung zur Abfluß öffnung hin abfällt.

Die Platten der Kühleinheiten werden vorzugsweise regelbar von flüssigem Kühlmittel, insbesondere Wasser, oder von kühler Luft durchströmt. Die Heizplatten der weiteren Beheizungseinheiten sind vorzugsweise als mit Heizpatronen bestückte Stahlheizplat ten ausgeführt.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beschrieben.

Die Figur zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung im vertikalen Schnitt. In einem wärmeisolierenden Gehäuse 1 mit einer Grund platte 2, wärmeisolierenden Wänden 3 und einer Deckelaufnahme 4, auf den ein Deckel 5 auflegbar ist, ist eine Schmelzvorrichtung 6 im engeren Sinne angeordnet. Die Schmelz vorrichtung 6 umfaßt als wesentliche Baugruppen einen Behälter 7, eine Förderpumpe 8 und eine Filtereinheit 9. Der Behälter 7 hat eine obere Aufgabeöffnung 10 und im wesentlichen vertikale Wände. Außen am Behälter 7 sind Glimmerheizplatten angebracht, die eine erste Beheizungseinheit 11 bilden.

Mit einigem Höhenabstand von der Aufgabeöffnung 10 ist eine Kühleinheit 12 erkennbar, die durch eine erste Seitenwand 13 montierbar ist und auf der gegenüberliegenden Seitenwand 14 auf einem Widerlager 15 auflagerbar ist. Die Kühleinheit umfaßt vorzugsweise einzelne Rippen, die über die gesamte Tiefe des Behälters gleichmäßig mit Abstand verteilt sind.

In einigem Höhenabstand von der Kühleinheit 12 und unterhalb der ersten Beheizungseinheit 11 ist eine zweite Beheizungseinheit 16 vorgesehen, die wiederum durch die erste Seitenwand 13 hindurch montierbar ist und auf einer Wandungsschräge 17 des Behälters überein Widerlager 18 aufgeständert ist. Die zweite Beheizungs einheit 16 umfaßt vorzugsweise einzelne Aluminiumrippen, die über die gesamte Tiefe des Behälters gleichmäßig mit Abstand verteilt sind, und ist mit nicht dargestellten Heizpatronen bestückt.

Weiter unterhalb der zweiten Beheizungseinheit ist unmittelbar auf dem Boden 19 des Behälters eine weitere Beheizungseinheit 20 erkennbar, die aus einzelnen über die Tiefe des Behälters ver teilten Rippenkörpern aus Stahl besteht. Diese ist wiederum bevorzugt mit nicht gezeigten Heizpatronen ausgestattet. Der Boden 19 ist zu einer Abflußöffnung 21 hin geneigt. An diese ist eine Zahnradpumpe 22 mit ihrer Ansaugleitung 23 angeschlossen. Die Pumpe 22 wird über einen Motor 24 über einen Winkeltrieb 25 angetrieben. Die Schmelzvorrichtung 6 ist auf der Grundplatte 2 über eine Ständeranordnung 26 aufgeständert. Die Druckleitung 27 der Pumpe 22 ist mit der Filtereinheit 9 verbunden, deren Aus trittsöffnung 28 auf der Außenseite des Gehäuses 1 mündet. Un mittelbar an der Filtereinheit ist ein Drucksensor 29 angeord net. Das Gehäuse 1 ist auf Rollen 30 verfahrbar.

Durch die unterschiedliche Art der Flächenanlage sind einzelne über die Höhe gegeneinander abgesetzte Zonen im Behälter erkennbar, die Temperatur- und Zustandszonen des thermoplastischen Materi als kennzeichnen sollen. In der Praxis sind die Übergänge von einer Zone zur anderen weniger scharf bzw. vollkommen fließend. Es sind folgende Zonen abgebildet:

A - Aufgabe- und Vorheiz-/Kühlzone (Zustand granulatförmig; Temperatur < 60°)
B - Vorheizzone (Granulat temperiert; Temperatur 80°C
C - Vorschmelzzone (Material zähflüssig; Temperatur 120°C- 160°C
D - Hauptschmelzzone (Material vollflüssig in Verarbeitungs qualität, Temperatur 160°- 230°C.

Nicht im einzelnen dargestellt, jedoch wesentlich für die Wir kungsweise und Funktion sind mehrere über die Höhe des Behälters 7 verteilte Temperaturfühler, vorzugsweise je einer zur unabhän gigen Regelung der Kühleinheit 12 und der drei Beheizungsein heiten 11, 16, 20.

Bezugszeichenliste

1 Gehäuse
2 Grundplatte
3 Wände (wärmeisolierend)
4 Deckelaufnahme
5 Deckel
6 Schmelzvorrichtung
7 Behälter
8 Fördereinheit
9 Filter
10 Aufgabeöffnung
11 Beheizungseinheit (erste); (Glimmerheizplatten)
12 Kühleinheit
13, 14 Seitenwand
15 Widerlager
16 Beheizungseinheit (zweite); Aluminium-Heizrippen mit Hochleistungsheizpatronen
17 Wandungsschräge
18 Widerlager
19 Boden
20 Beheizungseinheit (weitere); Stahl-Heizrippen mit Hoch leistungsheizpatronen
21 Abflußöffnung
22 Zahnradpumpe
23 Ansaugleitung
24 Motor
25 Winkeltrieb
26 Ständeranordnung
27 Druckleitung
28 Austrittsöffnung
29 Drucksensor
30 Rolle

Claims

1. Granulatschmelzvorrichtung (6) für ein thermoplastisches Material, mit einem Behälter (7), der im wesentlichen ver tikale Seitenwände (13, 14), eine obere Aufgabeöffnung (10) zum Aufgeben von Granulat und eine untere Abflußöffnung (21) zum Abziehen des verflüssigten Materials aufweist, mit zumindest einer Beheizungseinheit (11, 16), die in der Höhe zwischen der Aufgabeöffnung (10) und der Abflußöffnung (21) angeordnet ist und dem Überführen des thermoplastischen Materials in einen zähflüssigen Zustand dient und mit einer Kühleinheit (12), die in der Höhe zwischen der Aufgabeöff nung (10) und der zumindest einen Beheizungseinheit (11, 16) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinheit (12) im Behälter (7) horizontal ange ordnet ist und über den Querschnitt des Behälters (7) ver teilte Kühlelemente umfaßt, die von fluidem Kühlmittel durchströmt werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinheit (12) von flüssigem Kühlmittel durch strömt wird.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinheit (12) Rippenkörper mit vertikal ausge richteten, parallel zueinander angeordneten Rippen umfaßt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinheit (12) durch eine erste Behälterwand (13) von außen einschiebbar montiert und auf Widerlagern (15) einer zweiten gegenüberliegenden Behälterwand (14) aufla gerbar ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Beheizungseinheit (11) unterhalb der Kühlein heit (12) außen auf den Behälterwänden (13, 14) flächig an geordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Beheizungseinheit (16) durch eine erste Be hälterwand (13) von außen einschiebbar montiert und auf an einer weiteren Behälterwand (17) befestigten Widerlagern (18) auflagerbar ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch zumindest eine weitere Beheizungseinheit (20), die in der Nähe der Abflußöffnung (21) angeordnet ist und dem Über führen des thermoplastischen Materials in den vollflüssigen Zustand dient.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Beheizungseinheit (20) auf dem Boden (19) des Behälters (7) montiert ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (19) des Behälters (7) mit Neigung zur Ab flußöffnung (21) abfällt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände (13, 14) des Behälters (7) aus Stahl beste hen.