EP0342254A1 - Vorrichtung zum Aufschmelzen von hochpolymeren, thermoplastischen Werkstoffen, insbesondere Klebstoffen - Google Patents

Vorrichtung zum Aufschmelzen von hochpolymeren, thermoplastischen Werkstoffen, insbesondere Klebstoffen Download PDF

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EP0342254A1
EP0342254A1 EP88107964A EP88107964A EP0342254A1 EP 0342254 A1 EP0342254 A1 EP 0342254A1 EP 88107964 A EP88107964 A EP 88107964A EP 88107964 A EP88107964 A EP 88107964A EP 0342254 A1 EP0342254 A1 EP 0342254A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
melting
melting unit
collecting chamber
passages
heat exchanger
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP88107964A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Henning J. Claassen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nordson Corp
Original Assignee
Nordson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nordson Corp filed Critical Nordson Corp
Priority to EP88107964A priority Critical patent/EP0342254A1/de
Publication of EP0342254A1 publication Critical patent/EP0342254A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C—APPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C11/00—Component parts, details or accessories not specifically provided for in groups B05C1/00 - B05C9/00
    • B05C11/10—Storage, supply or control of liquid or other fluent material; Recovery of excess liquid or other fluent material
    • B05C11/1042—Storage, supply or control of liquid or other fluent material; Recovery of excess liquid or other fluent material provided with means for heating or cooling the liquid or other fluent material in the supplying means upstream of the applying apparatus

Definitions

  • the invention relates to a device for melting high polymer, thermoplastic materials, in particular adhesives, of the type specified in the preamble of claim 1.
  • Such a device is known from DE-OS 34 47 662 and has a sealed reservoir for the particulate starting material, a transport device, namely a pneumatically operated plunger, for conveying the starting material from the reservoir through the passages of a heatable melting unit in a collection chamber and an outlet opening in the collection chamber for the supply of the melted material for further processing.
  • the starting material arrives from the storage container in a pressure chamber which is delimited on one side by the pneumatically operated plunger and on the opposite side by a heatable melting wall with the passages.
  • the pneumatically operated plunger presses the heated and thus liquefied starting material through the passages of the melting wall, which open into a common collecting space running perpendicular to the direction of flow in the passages.
  • a forerunner of such a melting device can be found in DE-PS 31 09 369, it also being necessary to redirect the flow several times from the storage container via the melting chamber through the passages of the melting wall to the collecting chamber.
  • US Pat. No. 4,660,043 shows a gun for applying a hot-melt adhesive, in which a rod-shaped starting material is transported to a melting chamber, warmed up there and thus melted and finally brought to an outlet opening.
  • An elaborate mechanical construction ensures the transport of the rod-shaped starting material, which is moved on a straight path through the barrel of the gun. The force required to move the starting material must be supplied via the release.
  • thermoplastic materials such as, for example, adhesives in the form of powders, granules or chips, which currently have to be processed with extruders.
  • These processing temperatures can be easily achieved with conventional processing extruders for thermoplastic, polymeric materials; however, the dynamic shear stress occurring in such an extruder and thus the heating of the materials is unfavorable for many thermoplastics.
  • the invention is therefore based on the object of providing a device for melting high-polymer, thermoplastic materials, in particular adhesives, of the type specified, in which the disadvantages mentioned above do not occur.
  • a device is to be proposed with which thermoplastic, high-polymer materials can be melted gently by means of an extremely short thermal load and without the disadvantages of extruder-shear heating.
  • the advantages achieved by the invention are based on the very uniform and gentle treatment and conveying of the material, which is brought to the outlet on a straight path from the storage container via the melting unit and the collecting chamber and is only subjected to negligible shear stresses, so that molecular changes be largely excluded.
  • the thermal load is also extremely low, since the flow rate in the melting unit can be easily adapted to the properties of the material, in particular its viscosity and particle size, by using the appropriate melting unit.
  • the corresponding parameters, which are matched to the properties of the material are essentially the diameter, the length, the shape and, if appropriate, the conicity of the passages of the melting unit.
  • the melting unit itself can be heated directly or indirectly and forms a kind of "heat exchanger" which uniformly applies the heat generated internally or externally to the material flowing through its passages.
  • the entire heat exchanger As a resistance heater. Because of its excellent permeability in connection with its high thermal conductivity and thus its good heat exchange effect, the use of a sintered material, in particular a sintered metal, is appropriate.
  • such a heat exchanger consisting, for example, of sintered material could also be heated indirectly by being arranged in a heated heating block.
  • this device Compared to the previously common extruders, this device has a considerable investment cost advantage in the performance range up to 100 kg / hour, since costly ground extruder / screw cylinders and high-performance drives are eliminated.
  • it is used as a melting unit serving heat exchanger indirectly heated, as this ensures optimal use of the available material core for the passages with extremely narrow intermediate webs. This also simplifies the exchange or cleaning of the heat exchanger.
  • both the passages in the melting unit and the collection chamber have a conical shape, it being essential for the functioning that the cross section of the outlet opening is smaller than the cross section of the narrowest point of the collection chamber, and that the total cross section of the passages in the Melting unit is smaller than the free cross section of the storage container.
  • the flow of the starting material from the storage container over the melting unit and the collecting chamber to the outlet opening is not impeded at any point by resistors, in particular surfaces that run transversely to the direction of flow, since all surfaces, including the conical surfaces of the passages in the melting unit and the collecting chamber are directed in the direction of flow.
  • the entrance cross section of the melting unit with the inlet openings of the passages is also provided with tapered webs between the individual passages, so as not to impede the free flow of the material.
  • passages can also be produced by milling in the case of a divided and subsequently screwed-together melting unit, according to a preferred embodiment bores are used which are generally easier to manufacture.
  • the device in particular the melting unit, is heated electrically.
  • the associated control can be carried out electronically via a sensor or a thermostat.
  • the corresponding sensors can either be accommodated in the heat exchanger of the melting unit itself or in the associated heating block. It is also possible to arrange the sensors in the flowing material mass if they do not unnecessarily impede the desired, uniform flow.
  • pressure sensors can also be provided in the material flow, which serve for regulation, but also as fault indicators.
  • At least the melting unit and the surfaces of its holes should be provided with a high-temperature-resistant non-stick coating, so that there can be no material deposits that would hinder the desired, free flow of the material.
  • the other surfaces in particular the inner walls of the collecting chamber and its outlet opening, can also be provided with such a non-stick coating.
  • the device for melting a high-polymer, thermoplastic material, such as polycarbonate, in particular a high-melting structural hot-melt adhesive, such as polyester, copolyester, polyamide and copolyamide, which can be seen from FIG. 1 and is generally indicated by reference numeral 10, has a cylindrical reservoir 12, whose axis is perpendicular.
  • the particulate starting material 14 which has, for example, powder, granule or schnitzel form.
  • the filling of the storage container 12 with the starting material 14 takes place via a filler neck 16 which is attached to the side and which can be closed in an airtight manner by means of a cover 18.
  • a circumferential flange 20 is provided, on which a cover plate 22 rests.
  • the cover plate 22 is provided with a vacuum connection 24 and a nitrogen connection 26.
  • an air cylinder 28 for acting on a piston 30 which is displaceable in the storage container 12 and which pushes the particulate starting material 14 downwards in the storage container 12 and thereby conveys it.
  • a further nitrogen connection 32 is provided on the side wall of the storage container 12.
  • the lower end of the storage container 12 is surrounded by a cooling jacket 34 which is fed with a coolant flow.
  • heating block 36 At the bottom of the cooling jacket 34 there is a heating block 36, in which there are electrical heating elements 38, in particular resistance heating elements, and thermal sensors 40.
  • the heating block 36 is surrounded by an insulating jacket 42.
  • the heating block 36 there is a recess running from top to bottom, the lower end of which forms a collecting chamber 44 with an outlet opening 46.
  • a collecting chamber 44 is in the recesses in the heating block 36, for. B. from sintered material existing heat exchanger 48, which is also provided with a thermal sensor 40.
  • the heat exchanger 48 At its upper end facing the storage container 12, the heat exchanger 48 has a protruding edge, the inner surface of which tapers downwards and immediately adjoins the correspondingly conical shaped upper edge of the recess in the heating block 36, so that a uniform, funnel-shaped inlet of the wall of the reservoir 12 to the heat exchanger 48 is formed.
  • a multiplicity of through bores 50 with a circular cross section are formed, which are each separated from one another by narrow, blade-shaped webs.
  • the bores or the intermediate webs are matched to one another in such a way that in the inlet cross section of the heat exchanger 48 and thus the bores 50 only narrow, cutting-like transitions occur, but no surfaces running at right angles to the flow direction of the material 14 occur.
  • the bores 50 thus have a conically tapering shape from top to bottom, so that the bores 50 have their largest cross section in the inlet cross section of the heat exchanger 48 and are separated from one another by the narrow, cutting-like webs.
  • the smallest cross section of the bores is located at the lower outlet cross section of the heat exchanger 48.
  • the shape of the lower region of the recess and thus of the collecting chamber 44 is adapted to the outlet cross section of the heat exchanger 48 in such a way that the individual material flows emerging from the bores 50 together without any hindrance into the conically tapering collecting chamber 44 and thus to the outlet opening 46 arrive.
  • a hose, a pipeline or another means for the further transport of the liquefied material 14 can be connected to the outlet opening.
  • the lower end of the heating block 36 rests on supports 52, which in turn stand on a base 54.
  • Fig. 2 shows the melting unit with the heat exchanger 48 from above; one can see the entry cross-sections of the bores 50 with the cutting-like, tapered upper edges of the intermediate webs.
  • the unmelted, pourable material for example a construction hot melt adhesive based on polyester, is added to the reservoir 12 via the filler neck 16; the filling can take place either continuously or discontinuously.
  • the storage container 12 is degassed, as a result of which the residual moisture in the material 14 and the air-oxygen are removed, and as a result no adverse reactions which change the properties of the material can be caused.
  • the supply of nitrogen via the connections 26, 32 shields the material, which reacts very sensitively, especially when heated, against oxidation.
  • the cooling jacket 34 prevents the premature melting of the material above the heat exchanger 48 by heat rising upwards; it is thus ensured that the actual melting process only begins in the area of the heat exchanger 48.
  • the piston 30 is displaced downward by the air cylinder 28 in the storage container 12, so that the starting material 14 is conveyed from the storage container 12 to the heat exchanger 48.
  • the material 14 is subjected to a precisely defined amount of heat, so that a maximum amount of material in the shortest possible time can be melted by contact or transition heat.
  • the material flows emerging from the individual bores 50 of the heat exchanger 48 are combined in the collecting chamber 44, which also tapers downwards.
  • the cross section of the outlet opening 46 is smaller than the smallest cross section of the collecting chamber 44, and the total cross section of the bores 50 in the heat exchanger 48 is smaller than the free cross section of the storage container 12, so that it extends from top to bottom over the entire conveying path of the material 14 builds up a uniform pressure, which contributes to the continuous conveyance of the material in connection with a uniform melting process.
  • the temperature control during the melting process in the heat exchanger 48 is carried out in the usual way, taking into account the actual temperature value determined by the thermal sensors 40.
  • All surfaces of the heat exchanger 48 that come into contact with the material 14 and the inner wall of the collecting chamber 44 are provided with a high-temperature-resistant non-stick coating, so that no material deposits can occur.
  • the heat exchanger 48 is designed as a separate unit which is detachably arranged in the heating block 36 and can therefore be easily replaced; this makes it possible to adapt the heat exchanger 48 to different requirements, namely the viscosity and the particle size of the material.
  • the diameter, the length, the shape and the taper of the bores 50 can be varied.
  • the heating block and heat exchanger in one piece; in this case it must be ensured that the entire unit consisting of the heating block and the heat exchanger can be replaced.
  • FIG. 3 shows a modification of the device 10 according to FIG. 1, in which the conveyance of the material 14 in the storage container 12 is not carried out by the piston / cylinder drive 28, 30 but by a screw 56; the worm 56 has a vertical axis 58 which is rotated by an electric motor 60 mounted on the cover plate 52.
  • the filling also does not take place via a lateral filler neck 16, but rather via a filler connection 62 on the cover 22, that is to say from the upper end of the storage container 12.

Abstract

Eine Vorrichtung zum Aufschmelzen von hochpolymeren, thermopla­stischen Werkstoffen, insbesondere Klebstoffen, mit einem abgedich­teten Vorratsbehälter für den partikelförmigen Ausgangs-Werkstoff, mit einer Transporteinrichtung zur Förderung des Ausgangs-Werk­stoffes aus dem Vorratsbehälter durch die Durchlässe einer heiz­baren Schmelzvorrichtung in eine Sammelkammer, und mit einer Auslaß­öffnung in der Sammelkammer für die Zuführung des aufgeschmolzenen Werkstoffes zur weiteren Verarbeitung weist eine Schmelzvorrichtung auf, die als getrennte, herausnehmbare Schmelzeinheit mit einer Vielzahl von in Fließrichtung des Werkstoffes verlaufenden Durchlässen ausgebildet ist; und an die Schmelzeinheit schließt sich die ebenfalls in Fließrichtung des Werkstoffes verlaufende Sammelkammer mit der ebenfalls in Fließrichtung liegenden Auslaßöffnung an.

Description

  • Vorrichtung zum Aufschmelzen von hochpolymeren, thermoplastischen Werkstoffen, insbesondere Klebstoffen
  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufschmelzen von hoch­polymeren, thermoplastischen Werkstoffen, insbesondere Klebstoffen, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.
  • Eine solche Vorrichtung ist aus der DE-OS 34 47 662 bekannt und weist einen abgedichteten Vorratsbehälter für den partikelförmigen Ausgangs-Werkstoff, eine Transporteinrichtung, nämlich einen pneuma­tisch betätigen Preßkolben, zur Förderung des Ausgangs-Werkstoffes aus dem Vorratsbehälter durch die Durchlässe einer heizbaren Schmelzeinheit in eine Sammelkammer sowie eine Auslaßöffnung in der Sammelkammer für die Zuführung des aufgeschmolzenen Werkstoffes zur weiteren Verarbeitung auf. Dabei gelangt der Ausgangs-Werkstoff von dem Vorratsbehälter in eine Druckkammer, die auf einer Seite durch den pneumatisch betätigten Preßkolben und auf der gegenüberliegenden Seite durch eine beheizbare Schmelzwand mit den Durchlässen begrenzt wird. Der pneumatisch betätigte Preßkolben drückt den erwärmten und damit verflüssigten Ausgangs-Werkstoff durch die Durchlässe der Schmelzwand, die in einen gemeinsamen, senkrecht zur Fließrichtung in den Durchlässen verlaufenden Sammelraum münden.
  • Bei dieser Aufschmelzvorrichtung ist die mehrfache Umlenkung der Strömungsrichtung vom Vorratsbehälter über die Druckkammer, die Durchlässe in der Schmelzwand und schließlich zur Sammelkammer hin nachteilig, da sich hierdurch kein gleichmäßiger Druckaufbau erzie­len läßt. Außerdem muß durch zusätzliche konstruktive Maßnahmen da­für gesorgt werden, daß es im Bereich der Öffnungen nicht zur Brük­kenbildung kommt. Es wird deshalb vorgeschlagen, einen Luftstrom über die Düsen im Bereich der Zuführöffnung zu leiten, so daß der dort befindliche Ausgangs-Werkstoff aufgewirbelt und damit aufge­lockert wird, also keine Brückenbildung entstehen kann.
  • Ein Vorläufer einer solchen Aufschmelzvorrichtung geht aus der DE-PS 31 09 369 hervor, wobei ebenfalls eine mehrmalige Umlenkung der Strömung vom Vorratsbehalter über die Schmelzkammer durch die Durchlässe der Schmelzwand zur Sammelkammer erforderlich ist.
  • Die US-PS 4 660 043 zeigt eine Pistole zum Auftragen eines Schmelz­klebstoffes, bei dem ein stangenförmiger Ausgangs-Werkstoff zu ei­ner Schmelzkammer transportiert, dort aufgewärmt und damit erschmol­zen und schließlich zu einer Auslaßöffnung gebracht wird. Dabei wird durch eine aufwendige mechanische Konstruktion für den Transport des stangenförmigen Ausgangs-Werkstoffes gesorgt, der auf einer gerad­linigen Bahn durch den Lauf der Pistole bewegt wird. Die zur Ver­schiebung des Ausgangswerkstoffes erforderliche Kraft muß über den Auslöser geliefert werden.
  • Diese Vorrichtungen sind nicht zur Verarbeitung von besonders emp­findlichen thermoplastischen Werkstoffen, wie beispielsweise Kleb­stoffen in Pulver-, Granulat- oder Schnitzelform geeignet, die zur Zeit mit Extrudern verarbeitet werden müssen. Hochschmelzende poly­mere, thermoplastische Werkstoffe, wie beispielsweise Polycarbonat, oder hochschmelzende Konstruktions-Schmelzklebstoffe, wie beispiels­ weise Polyester, Copolyester, Polyamide und Copolyamide, müssen we­gen ihres hohen Erweichungspunktes in der Regel mit sehr hohen Auf­schmelztemperaturen in der Größenordnung von 200° C bis 350° C ver­arbeitet werden. Diese Verarbeitungstemperaturen lassen sich zwar mit herkömmlichen Verarbeitungsextrudern für thermoplastische, poly­mere Werkstoffe ohne weiteres erreichen; die in einem solchen Extru­der auftretende dynamische Scherbeanspruchung und damit Erwärmung der Werkstoffe ist jedoch für viele Thermoplaste ungünstig. Denn bei der hohen Scherbelastung, insbesondere beim diskontinuierlichen Be­trieb, wie er beispielsweise für das Spritzen von polymeren Werk­stoffen erforderlich ist, lassen sich Veränderungen in der Moleku­lar-Struktur der Werkstoffe nicht ausschließen. Solche Veränderungen sind jedoch in aller Regel mit einer Änderung der Eigenschaften des Werkstoffes verbunden, so daß sie sicher und zuverlässig vermieden werden müssen.
  • Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Aufschmelzen von hochpolymeren, thermoplastischen Werkstoffen, insbesondere Klebstoffen, der angegebenen Gattung zu schaffen, bei der die oben erwähnten Nachteile nicht auftreten. Insbeosndere soll eine Vorrichtung vorgeschlagen werden, mit der thermoplastische, hochpolymere Werkstoffe durch eine extrem kurze thermische Belastung schonend und ohne die Nachteile der Extruder-Scher-Erwärmung aufge­schmolzen werden können.
  • Dies wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale erreicht.
  • Zweckmäßige Ausführungsformen werden durch die Merkmale der Unter­ansprüche definiert.
  • Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen auf der sehr gleichmäßigen und schonenden Behandlung und Förderung des Werkstof­fes, der auf einer geradlinigen Bahn von dem Vorratsbehälter über die Schmelzeinheit und die Sammelkammer zum Auslaß gebracht und da­bei nur vernachlässigbaren Scher-Beanspruchungen unterworfen wird, so daß molekulare Veränderungen weitgehend ausgeschlossen werden.
  • Auch die Thermische Belastung ist extrem gering, da die Fließge­schwindigkeit in der Schmelzeinheit problemlos an die Eigenschaften des Werkstoffes, insbesondere seine Viskosität und seine Partikel­größe, angepaßt werden kann, indem die jeweils geeignete Schmelzein­heit eingesetzt wird. Bei den entsprechenden, auf die Eigenschaften des Werkstoffs abgestimmten Parametern handelt es sich im wesentli­chen um den Durchmesser, die Länge, die Form und gegenbenenfalls die Konizität der Durchlässe der Schmelzeinheit.
  • Die Schmelzeinheit selbst kann direkt oder indirekt beheizt sein und bildet eine Art "Wärmetauscher" der den durch seine Durchlässe fließenden Werkstoff gleichmäßig mit der intern oder extern erzeug­ten Wärme beaufschlagt.
  • Um beispielsweise in einem solchen Wärmetauscher eine möglichst hohe Durchlässigkeit und gleichzeitig einen optimalen Wärmetausch zu er­zielen, besteht die Möglichkeit, den gesamten Wärmetauscher als Wi­derstandsheizung auszubilden. Wegen seiner ausgezeichneten Durchläs­sigkeit in Verbindung mit seiner hohen Wärmeleitfähigkeit und damit seines guten Wärmetauscheffektes bietet sich beispielsweise die Ver­wendung eines Sintermaterials, insbesondere eines Sintermetalls, an.
  • Als Alternative hierzu könnte ein solcher, beispielsweise aus Sin­termaterial bestehender Wärmetauscher auch indirekt beheizt werden, indem er in einem beheizten Heizblock angeordnet wird.
  • In jedem Fall muß dafür gesorgt werden, daß sich die Schmelzeinheit gegebenenfalls mit dem Heizblock mit wenigen Handgriffen von dem Vorratsbehälter einerseits und der Sammelkammer bzw. der Weiterver­arbeitungsstrecke andererseits trennen läßt, um die oben erörterte leichte Austauschbarkeit der Schmelzeinheit zu gewährleisten.
  • Im Vergleich mit den bisher üblichen Extrudern hat diese Vorrichtung einen erheblichen Inverstitionskosten-Vorteil im Leistungsbereich bis 100 kg/Std., da kostenintensive geschliffene Extruder/Schnek­en-Zylinder und Hochleistungsantriebe entfallen.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird der als Schmelzeinheit dienende Wärmetauscher indirekt beheizt, da so eine optimale Nutzung des zur Verfügung stehenden Materialkerns für die Durchlässe mit extrem schmalen Zwischenstegen gewärleistet wird. Außerdem verein­facht sich dadurch der Austausch bzw. die Reinigung des Wärmetau­schers.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform haben sowohl die Durchlässe in der Schmelzeinheit als auch die Sammelkammer eine konische Form, wobei für die Funktionsweise wesentlich ist, daß der Querschnitt der Auslaßöffnung kleiner als der Querschnitt der schmalsten Stelle der Sammelkammer ist, und daß der Gesamtquerschnitt der Durchlässe in der Schmelzeinheit kleiner als der freie Querschnitt des Vorratsbe­hälters ist. Dadurch baut sich vom Vorratsbehälter über die Durch­lässe der Schmelzeinheit und die Sammelkammer zur Auslaßöffnung hin ein Druck auf, der den erwähnten gleichmäßigen Durchfluß gewährleistet.
  • Das Fließen des Ausgangs-Werkstoffes von dem Vorratsbehälter über die Schmelzeinheit und die Sammelkammer zur Auslaßöffnung wird an keiner Stelle durch Widerstände behindert, insbesondere Flächen, die quer zur Fließrichtung verlaufen, da alle Flächen, auch die koni­schen Flächen der Durchlässe in der Schmelzeinheit und der Sammel­kammer in Fließrichtung gerichtet sind. Auch der Eintrittsquer­schnitt der Schmelzeinheit mit den Einlaßöffnungen der Durchlässe ist mit spitz zulaufenden Stegen zwischen den einzelnen Durchlässen versehen, um auch hier das freie Fließen des Werkstoffes nicht zu behindern.
  • Obwohl bei einer geteilten und anschließend verschraubten Schmelz­einheit die Durchlässe auch durch Fräsen hergestellt werden können, werden nach einer bevorzugten Ausführungsform Bohrungen verwendet, die sich in der Regel einfacher fertigen lassen.
  • Damit beim Anfahren der Vorrichtung sowohl über als auch unter der Schmelzeinheit keine Totzonen zwischen den einzelnen Durchlässen entstehen können, in denen sich Luft bzw. Gase, aber auch sogenann­tes "totes Material", also nicht mehr weitertransportierter und damit langsam aushärtender Werkstoff, ablagern kann, ist wichtig, daß im Bereich der Schmelzeinheit keine Flächen vorhanden sind, die im rechten Winkel zu den Durchlässen verlaufen; sowohl im Eintritts­querschnitt als auch im Austrittsquerschnitt der Schmelzeinheit sollten nur scharfe Schneiden vorhanden sein, die einerseits das freie Fließen nur wenig behindern und zum anderen das Entstehen sol­cher Totzonen ausschließen.
  • Die Beheizung der Vorrichtung, insbesondere der Schmelzeinheit, er­folgt nach einer bevorzugten Ausführungsform elektrisch. Die zugehö­rige Regelung kann elektronisch über einen Sensor bzw. einen Thermo­staten durchgeführt werden. Die entsprechenden Fühler können entwe­der im Wärmetauscher der Schmelzeinheit selbst oder in dem zugehö­rigen Heizblock untergebracht werden. Es ist auch möglich, die Fühler in der fließenden Werkstoff-Masse anzuordnen, falls sie die angestrebte, gleichmäßige Strömung nicht unnötig behindern.
  • In gleicher Weise können in dem Werkstoff-Strom auch Drucksensoren vorgesehen werden, die zur Regelung, aber auch als Störungsmelder dienen.
  • Zumindest die Schmelzeinheit und die Flächen ihrer Bohrungen sollten mit einer hochtemperaturbeständigen Antihaft-Beschichtung versehen sein, damit es hier nicht zu Materialablagerungen kommen kann, die das angestrebte, freie Fließen des Werkstoffes behindern würden. Bei Bedarf können auch die anderen Flächen, insbesondere die Innenwände der Sammelkammer und ihre Auslaßöffnung, mit einer solchen Anti­haft-Beschichtung versehen werden.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen un­ter Bezugnahname auf die beiliegenden, schmematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1 einen vertikalen Schnitt durch eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung zum Aufschmelzen von hochpolymeren, ther­moplastischen Werkstoffen, bei der der Ausgangs-Werkstoff in dem Vorratsbehälter mittels eines Kolben/Zylinder-An­ triebes befördert wird,
    • Fig. 2 einen Schnitt längs der Linien 1-1 von Fig. 1, in Richtung des Pfeils A gesehen, und
    • Fig. 3 eine Fig. 1 entsprechende Darstellung einer Ausfüh­rungsform, bei der der Ausgangswerkstoff in dem Vorratsbehälter mittels einer Schnecke gefördert wird.
  • Die aus Fig. 1 ersichtliche, allgemein durch das Bezugszeichen 10 angedeutete Vorrichtung zum Aufschmelzen eines hochpolymeren, thermoplastischen Werkstoffes, wie beispielsweise Polycarbonat, ins­besondere eines hochschmelzenden Konstruktions-Schmelzklebstoffes, wie beispielsweise Polyester, Copolyester, Polyamid und Copolyamid, weist einen zylindrischen Vorratsbehälter 12 auf, dessen Achse lot­recht verläuft. In dem Vorratsbehälter 12 befindet sich der parti­kelförmige Ausgangswerkstoff 14, der beispielsweise Pulver-, Granulat- oder Schnitzelform hat.
  • Die Befüllung des Vorratsbehälters 12 mit dem Ausgangswerkstoff 14 erfolgt über einen seitlichen angebrachten Füllstutzen 16, der mit­tels eines Deckels 18 luftdicht verschlossen werden kann.
  • Am oberen Ende des Vorratsbehälters 12 ist ein umlaufender Flansch 20 vorgesehen, auf dem eine Deckelplatte 22 aufliegt. Die Deckel­platte 22 ist mit einem Vakuumanschluß 24 und einem Stickstoffan­schluß 26 versehen.
  • An die Deckelplatte 22 schließt sich nach oben ein Luftzylinder 28 für die Beaufschlagung eines in dem Vorratsbehälter 12 verschiebba­ren Kolbens 30 an, der den partikelförmigen Ausgangs-Werkstoff 14 in dem Vorratsbehälter 12 nach unten schiebt und dadurch fördert.
  • An der Seitenwand des Vorratsbehälters 12 ist ein weiterer Stick­stoff-Anschluß 32 vorgesehen.
  • Das untere Ende des Vorratsbehälters 12 ist von einem Kühlmantel 34 umgeben, der mit einer Kühlmittelströmung gespeist wird.
  • An den Kühlmantel 34 schließt sich nach unten hin ein Heizblock 36 an, in dem sich elektrische Heizelemente 38, insbesondere Wider­stands-Heizelemente, sowie Thermofühler 40 befinden. Der Heizblock 36 ist durch einen Isoliermantel 42 umgeben.
  • In dem Heizblock 36 befindet sich eine von oben nach unten durchge­hende Aussparung, deren unteres Ende eine Sammelkammer 44 mit einer Auslaßöffnung 46 bildet. Über der Sammelkammer 44 ist in die Ausspa­rungen im Heizblock 36 ein, z. B. aus Sintermaterial bestehender Wärmetauscher 48 eingesetzt, der ebenfalls mit einem Thermofühler 40 versehen ist.
  • An seinem oberen, dem Vorratsbehälter 12 zugewandten Ende weist der Wärmetauscher 48 einen vorstehenden Rand auf, dessen Innenfläche nach unten konisch zuläuft und sich unmittelbar an den entsprechend konisch geformten oberen Rand der Aussparung in dem Heizblock 36 an­schließt, so daß ein gleichmäßiger, trichterförmiger Einlauf von der Wand des Vorratsbehälters 12 zum Wärmetauscher 48 entsteht. In dem Wärmetauscher 48 ist eine Vielzahl von durchgehenden Bohrungen 50 mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet, die jeweils durch schma­le, schneidenförmige Stege voneinander getrennt sind. Dabei sind die Bohrungen bzw. die Zwischenstege so aufeinander abgestimmt, daß im Eintrittsquerschnitt des Wärmetauschers 48 und damit der Bohrungen 50 nur schmale, schneidenförmige Übergänge, jedoch keine im rechten Winkel zur Fließrichtung des Werkstoffes 14 verlaufende Flächen entstehen.
  • Die Bohrungen 50 haben also eine sich von oben nach unten konisch verjüngende Form, so daß die Bohrungen 50 im Eintrittsquerschnitt des Wärmetauschers 48 ihren größten Querschnitt haben und voneinan­der durch die schmale, schneidenförmige Stege getrennt wird. Der kleinste Querschnitt der Bohrungen befindet sich am unteren Austrittsquerschnitt des Wärmetauschers 48.
  • Die Form des unteren Bereiches der Aussparung und damit der Sammel­kammer 44 ist so an den Austrittsquerschnitt des Wärmetauschers 48 angepaßt, daß die einzelnen, aus den Bohrungen 50 austretenden Werkstoff-Ströme gemeinsam ohne jede Behinderung in die konisch nach unten zulaufende Sammelkammer 44 und damit zur Auslaßöffnung 46 gelangen.
  • An die Auslaßöffnung kann ein Schlauch, eine Rohrleitung oder ein anderes Mittel für den Weitertransport des verflüssigten Werkstoffes 14 (nicht dargestellt) angeschlossen werden.
  • Das untere Ende des Heizblocks 36 ruht auf Stützen 52, die wiederum auf einer Unterlage 54 stehen.
  • Fig. 2 zeigt die Schmelzeinheit mit dem Wärmetauscher 48 von oben; man kann die Eintrittsquerschnitte der Bohrungen 50 mit den schnei­denförmigen, spitz zulaufenden Oberkanten der Zwischenstege erken­nen.
  • Der ungeschmolzene, schüttfähige Werkstoff, beispielsweise ein Kon­struktions-Schmelzklebstoff auf der Basis von Polyester, wird über den Füllstutzen 16 in den Vorratsbehälter 12 gegeben; die Befüllung kann entweder kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgen.
  • Über den Vakuum-Anschluß 24 wird der Vorratsbehälter 12 entgast, wo­durch die Restfeuchte des Werkstoffes 14 und der Luft-Sauerstoff entzogen werden und dadurch keine die Eigenschaften des Werkstoffes verändernden, nachteiligen Reaktionen hervorrufen können.
  • Durch die Zuführung von Stickstoff über die Anschlüsse 26, 32 wird der Werkstoff, der insbesondere im erwärmten Zustand sehr empfind­lich reagiert, gegen Oxydation abgeschirmt. Der Kühlmantel 34 ver­hindert das vorzeitige Aufschmelzen des Materials über dem Wärmetau­scher 48 durch nach oben aufsteigende Wärme; es wird also gewährlei­stet, daß der eigentliche Aufschmelzvorgang erst im Bereich des Wärmetauschers 48 beginnt.
  • Der Kolben 30 wird durch den Luftzylinder 28 in dem Vorratsbehälter 12 nach unten verschoben, so daß der Ausgangs-Werkstoff 14 aus dem Vorratssbehälter 12 zum Wärmetauscher 48 gefördert wird. In den ver­tikalen, parallel- bzw. leicht schräg verlaufenden Bohrungen 50 des Wärmetauschers 48, die wiederum selbst eine leicht konisch nach unten zulaufende Form haben, wird der Werkstoff 14 mit einer genau definierten Wärmemenge beaufschlagt, so daß in einer möglichst kur­zen Zeitspanne eine maximale Werkstoffmenge durch Kontakt- bzw. Übergangswärme aufgeschmolzen werden kann.
  • Die aus den einzelnen Bohrungen 50 des Wärmetauschers 48 austreten­den Materialströme werden in der Sammelkammer 44 vereinigt, die ebenfalls nach unten hin konisch zuläuft.
  • Dabei ist der Querschnitt der Auslaßöffnung 46 kleiner als der kleinste Querschnitt der Sammelkammer 44, und auch der Gesamtquer­schnitt der Bohrungen 50 in dem Wärmetauscher 48 ist kleiner als der freie Querschnitt des Vorratsbehälters 12, so daß sich von oben nach unten über die gesamte Förderstrecke des Werkstoffes 14 ein gleich­mäßiger Druck aufbaut, der zur kontinuierlichen Förderung des Werk­stoffes in Verbindung mit einem gleichmäßigen Schmelzvorgang bei­trägt.
  • Die Temperaturregelung während des Schmelzvorgangs in dem Wärmetau­scher 48 erfolgt in der üblichen Weise unter Berücksichtigung des von den Thermofühlern 40 ermittelten Ist-Wertes für die Temperatur.
  • Alle mit dem Werkstoff 14 in Berührung kommenden Flächen des Wärme­tauschers 48 sowie die Innenwand der Sammelkammer 44 sind mit einer hochtemperaturbeständigen Antihaft-Beschichtung versehen, so daß keine Werkstoff-Ablagerungen auftreten können.
  • Als Alternative zu der dargestellten Ausführungsform ist auch die direkte elektrische Beheizung des Wärmetauschers 48 möglich.
  • Bei dieser Ausführungsform ist der Wärmetauscher 48 als getrennte Einheit ausgebildet, die lösbar in dem Heizblock 36 angeordnet ist und deshalb problemlos ausgetauscht werden kann; dadurch wird es möglich, den Wärmetauscher 48 an unterschiedliche Erfordernisse an­zupassen, nämlich an die Viskosität und an die Partikelgröße des Werkstoffes. Zu diesem Zweck können insbesondere die Durchmesser, die Längen, die Form und die Konizität der Bohrungen 50 variiert werden.
  • Als Alternative hierzu ist es auch möglich, Heizblock und Wärmetau­scher einstückig auszubilden; in diesem Fall muß dafür gesorgt wer­den, daß die gesamte Einheit aus Heizblock und Wärmetauscher ausge­tauscht werden kann.
  • Figur 3 zeigt eine Modifikation der Vorrichtung 10 nach Fig. 1, bei der die Förderung des Werkstoffes 14 in dem Vorratsbehälter 12 nicht durch den Kolben/Zylinder-Antrieb 28, 30, sondern durch eine Schnecke 56 erfolgt; die Schnecke 56 weist eine vertikale Achse 58 auf, die durch einen auf der Deckelplatte 52 angebrachten Elek­tromotor 60 gedreht wird.
  • Bei dieser Ausführungsform erfolgt die Befüllung außerdem nicht über einen seitlichen Füllstutzen 16, sondern über einen Füllanschluß 62 am Deckel 22, also vom oberen Ende des Vorratsbehälters 12 her.
  • Der übrige Aufbau und auch die Funktionsweise sind unverändert, so daß sie nicht nochmals erläutert werden sollen.

Claims (16)

1. Vorrichtung zum Aufschmelzen von hochpolymeren, thermoplastischen Werkstoffen, insbesondere Klebstoffen,
a) mit einem abgedichteten Vorratsbehälter für den partikelförmigen Ausgangs-Werkstoff,
b) mit einer Transporteinrichtung zur Förderung des Ausgangs-Werk­stoffes aus dem Vorratsbehälter durch die Durchlässe einer heiz­baren Schmelzvorrichtung in eine Sammelkammer, und
c) mit einer Auslaßöffnung in der Sammelkammer für die Zuführung des aufgeschmolzenen Werkstoffes zur weiteren Verarbeitung, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
d) die Schmelzvorrichtung ist als getrennte, herausnehmbare Schmelz­einheit (48) mit einer Vielzahl von in Fließrichtung des Werk­stoffes (14) verlaufenden Durchlässen (50) ausgebildet; und
e) an die Schmelzeinheit (48) schließt sich die ebenfalls in Fließ­richtung des Werkstoffes verlaufende Sammelkammer (44) mit der ebenfalls in Fließrichtung liegenden Auslaßöffnung (46) an.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzeinheit als herausnehmbarer Wärmetauscher (48) ausgebildet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wär­metauscher (48) in einem beheizbaren Heizblock (36) angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wär­metauscher (48) direkt beheizt ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 - 4, dadurch gekennzeich­net, daß der Wärmetauscher (48) aus einem Sintermaterial, insbesondere einem Sintermetall besteht.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekenn­zeichnet, daß der gesamte Wärmetauscher (48) als Widerstandsheizung ausgebildet ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Förderung des Ausgangs-Werkstoffes (14) in dem Vorratsbehälter (12) durch einen Kolben/Zylinder-Antrieb (28, 30) erfolgt.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Förderung des Ausgangs-Werkstoffes (14) in dem Vorratsbehälter (12) durch eine Förderschnecke (56) erfolgt.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­zeichnet, daß das untere Ende des Vorratsbehälters (12) durch einen Kühlmantel (34) umgeben ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­zeichnet, daß die mit dem Werkstoff (14) in Berührung kommenden Flä­chen der Schmelzeinheit (48) und der Sammelkammer (44) einschließ­lich der Auslaßöffnung (46) mit einer Antihaft-Beschichtung, insbe­sondere mit einer hochtemperaturbeständigen Antihaft-Beschichtung, versehen sind.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Durchlässe (50) der Schmelzeinheit durch Bohrun­gen gebildet werden.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn­zeichnet, daß sich die Fließquerschnitte vom Vorratsbehälter (12) über die Schmelzeinheit (48) mit ihren Durchlässen (50) zur Sammel­kammer (44) mit der Auslaßöffnung (46) stetig verjüngen.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlässe (50) der Schmelzeinheit (48) sich zur Sammelkammer (44) konisch verjüngen.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekenn­zeichnet, daß sich der Querschnitt der Sammelkammer (44) zur Aus­laßöffnung (46) hin konisch verjungt.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekenn­zeichnet, daß auf dem Fließweg des Werkstoffes (14) von dem Vorrats­behälter (12) über die Schmelzeinheit (48) zur Sammelkammer (44) mit der Auslaßöffnung (46) keine die Strömung behindernden Flächen, insbesondere keine im rechten Winkel zur Fließrichtung verlaufenden Flächen, vorgesehen sind.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Zwischenstege zwischen den Durchlässen (50) der Schmelzeinheit (46) im Eintrittsquerschnitt der Schmelzeinheit (48) schneidenförmig bzw. punktförmig zulaufende Kanten bilden.
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