EP3681686A1

EP3681686A1 - Verfahren und vorrichtung zur thermischen verrundung bzw. sphäronisierung von pulverförmigen kunststoffpartikeln

Info

Publication number: EP3681686A1
Application number: EP18762071.1A
Authority: EP
Inventors: Axel DRESSLER
Original assignee: Dressler Group & Co KG GmbH
Current assignee: Dressler Group & Co KG GmbH
Priority date: 2017-09-12
Filing date: 2018-08-28
Publication date: 2020-07-22
Also published as: TW201934293A; CN111065502A; WO2019052806A1; KR20200035275A; AU2018331782A1; CA3072305A1; JP2020533194A; US20200282601A1

Abstract

Das Verfahren zum Umformen eines Ausgangsmaterials (20) an pulverförmigen Kunststoffpartikeln hat folgende Verfahrensschritte: a) Zurverfügungstellung von pulverförmigen Kunststoffpartikeln als Ausgangsmaterial (20), b) Aufheizen der Kunststoffpartikel in einem ersten Behandlungsraum auf eine erste Temperatur (T1) unterhalb des Schmelzpunktes des Kunststoffs, wobei die erste Temperatur (T1) so bestimmt ist, dass die Kunststoffpartikel noch nicht aneinanderkleben, c) Überleiten eines gerichteten Stroms der so aufgeheizten Kunststoffpartikel in einen zweiten Behandlungsraum (42), d) Aufheizen der Kunststoffpartikel in dem zweiten Behandlungsraum (42) auf eine zweite Temperatur (T2) oberhalb des Schmelzpunktes des Kunststoffs, und e) Abkühlen der Kunststoffpartikel auf eine Temperatur unterhalb der ersten Temperatur (T1).

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR THERMISCHEN VERRUNDUNG BZW. SPHÄRONISIERUNG VON PULVERFÖRMIGEN KUNSTSTOFFPARTIKELN

Verfahren und Vorrichtung zum Umformen pulverförmiger Kunststoffe in möglichst kugelförmige pulverförmige Kunststoffe

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Umwandeln pulverförmiger Kunststoffe in möglichst kugelförmige pulverförmige Kunststoffe. Anders ausgedrückt beschreibt sie ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Pulververrundung . Ausgehend von Partikeln beliebiger Form sollen diese in eine möglichst kugelähnliche Form gebracht werden. Die Erfindung geht also aus von pulverförmigem Material, im Folgenden als Ausgangsmaterial bezeichnet, das bereits vorliegt, aber nicht in möglichst kugelförmiger Struktur vorliegt. Dieses Material wird dahingehend aufbereitet, dass die einzelnen Partikel möglichst sphärisch sind, also deutlich runder sind als die Partikel des Ausgangsmaterials. Dabei soll das Volumen der Partikel des Ausgangsmaterials im Wesentlichen, beispielsweise zumindest 90 %, erhalten bleiben. Die Masse der Partikel soll möglichst, beispielsweise zumindest 90 %, erhalten bleiben. Es erfolgt lediglich ein Umformen der einzelnen Partikel. Die chemische Zusammensetzung soll durch das Umformen so weit wie möglich ungeändert bleiben.

Die Industrie benötigt möglichst kugelförmig vorliegende pulverförmige Kunststoffe. Bei idealer Kugelform der einzelnen Partikel weist ein Produkt bekanntlich eine besonders hohe Dichte und eine gute Riesel- bzw. Fließfähigkeit auf, die bei unregelmäßiger Form der Partikel so nicht gegeben ist. Die erfindungsgemäß aufbereiteten pulverförmigen Kunststoffe sollen zum Beispiel für Pulversintern, 3D-Druck, 3D-Schmelzen und 3D-Sintern eingesetzt werden können.

Es sind Verfahren und Vorrichtungen bekannt, um Kunststoffe, die in größerer Ausgangsform vorliegen, zum Beispiel als Stangen oder Granulat, aufzuschmelzen und in einer Düse zu versprühen. Hierzu wird beispielsweise auf EP 945 173 Bl, WO 2004/067245 AI und US 6 903 065 B2 verwiesen. Diese Verfahren und Vorrichtungen erfordern jedoch einen erheblichen Aufwand. Es ist einfacher, derartige Kunststoffe in speziellen Mühlen oder anderen geeigneten Vorrichtungen mechanisch zu zerkleinern. Dann aber ist die Form der erhaltenen Partikel in der Regel sehr unregelmäßig . Die Partikel können z. B. fadenförmig oder blättchenar- tig sein. Sie können sich bei der Bewegung verhaken. Sie bilden keinen glatten Schüttkegel. Der praktische Einsatz in vielen Bereichen der Industrie wird dadurch schwierig .

Es sind auch Verfahren und Vorrichtungen bekannt, bei denen der als Ausgangsmaterial vorliegende Kunststoff mittels eines Lösungsmittels flüssig gemacht wird. Die erhaltene Lösung kann versprüht werden, es bilden sich in der Regel Partikel mit guter Kugelform. Es werden dann aber chemische Lösungsmittel eingesetzt, die die Umwelt belasten, es fallen Abfallprodukte an. Die Kunststoffe können sich chemisch verändern. Die Erfindung ist bestrebt, ohne derartige Lösungsmittel auszukommen.

Ziel der Erfindung ist es auch, den Feinanteil nicht zu erhöhen. Die Partikel sollen also durch das Verfahren nicht zerteilt werden. Ein Zerteilen würde zu einem Feinanteil führen, der für den gewünschten Einsatz nachteilig sein kann, weil er beispielsweise die Linsen der Laser belegt und so ein optimales Druckergebnis verhindert. Oder es ist ein zusätzlicher Schritt für ein Entstauben des Pulvers nötig, der aufwendig ist und zu einem Produktverlust von nicht selten im Bereich von 10 bis 20 % führt.

Angestrebt werden mittlere Korngrößen kleiner 500, insbesondere kleiner 100 pm, z. B. Partikel im Bereich 30 bis 100 pm. Als maximale Obergrenze können 800 pm angegeben werden. Ein Feinstaubanteil, also Partikel kleiner als z.B. 45, 10 bzw. 5 pm, ist ebenfalls Ziel, er wird für verschiedene Verwendungen von der Industrie nachgefragt. Andere Abnehmer wünschen Pulver mit Kornverteilungen ohne diesen Feinstaubanteil.

Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, mit dem ein Ausgangsmaterial von in Pulverform vorliegenden Kunststoffpartikeln mit unregelmäßiger Form in solche umgewandelt werden können, die möglichst kugelig sind.

Diese Aufgabe wird verfahrensmäßig gelöst durch ein Verfahren zum Umformen eines Ausgangsmaterials an pulverförmigen Kunststoffpartikeln in möglichst kugelförmige pulverförmige Kunststoffpartikel mit folgenden Verfahrensschritten : a) Zurverfügungstellen von pulverförmigen Kunststoffpartikeln als Ausgangsmaterial, b) Aufheizen der Kunststoffpartikel in einem ersten Behandlungsraum auf eine erste Temperatur Tl unterhalb des Schmelzpunktes des Kunststoffs, wobei die erste Temperatur Tl so bestimmt ist, dass die Kunststoffpartikel noch nicht aneinander kleben,

c) Überleiten eines gerichteten Stroms der so aufgeheizten Kunststoffpartikel in einen zweiten Behandlungsraum,

d) Aufheizen der Kunststoffpartikel in dem zweiten Behandlungsraum auf eine zweite Temperatur T2 oberhalb des Schmelzpunktes des Kunststoffs, und e) Abkühlen der Kunststoffpartikel auf eine Temperatur unterhalb der ersten Temperatur Tl .

Vorrichtungsmäßig wird die Aufgabe gelöst durch die Vorrichtung gemäß Anspruch 13.

Mit diesem Verfahren und der Vorrichtung können sogar sonst eher als kritisch angesehene Partikel in Form von Stäbchen, kurzen Fasern, folienartigen Stücken, Partikel mit länglichen Ausgestaltungen und kleinen Abreißfäden umgeformt werden in kugelförmige Struktur. Das Volumen bleibt dabei weitestgehend erhalten. Vorteilhafterweise wird nur ein oberflächlicher Bereich geschmolzen und umgeformt und bleibt der Kern einer Partikel so weit wie möglich im festen Aggregatzustand. Auch Materialien, welche Glasfasern oder Kohlefasern beinhalten, können verrundet werden, ohne die Fasern zu kürzen oder durch Abbrechen zu zerstören. Die Fasern werden nicht thermisch weich und umgeformt, da sie in der Regel eine deutlich höhere Schmelztemperatur als das Kunststoffmaterial haben. Es können auch Dry Blended Pulver/Fasermischungen durch das Verfahren zumindest teilweise verbunden werden. Dadurch wird eine Entmischung in einem später folgenden Prozess verhindert.

Vorteilhafterweise findet das Verfahren in einem abgeschlossenen Raum statt. Die Vorrichtung hat ein geschlossenes Gehäuse in Form des ersten Behandlungsraums und des zweiten Behandlungsraums, einschließlich des Übergangsbereichs, das für das Beschicken und für die Entnahme des fertigen Produkts geeignete und vorzugsweise verschließbare Öffnungen hat. Das Verfahren kann kontinuierlich oder chargenweise durchgeführt werden. Die Verrundung wird ausschließlich auf thermischem Weg erreicht. Die Erfindung arbeitet im Wesentlichen zweistufig. In einer ersten Stufe, die im ersten Behandlungsraum durchgeführt wird, werden die Partikel des Ausgangsmaterials so weit aufgeheizt, dass sie eine Temperatur knapp unterhalb des Schmelzpunktes des Kunststoffmaterials haben. Sie sollen noch keine klebrige Oberfläche aufweisen. Es wird ihnen möglichst viel thermische Energie zugefügt, damit im nachfolgenden zweiten Schritt, der im zweiten Behandlungsraum durchgeführt wird, nur noch die zumindest für das Anschmelzen eines Randbereichs nötige Wärmeenergie zugeführt werden muss. Für beispielsweise Polyamid 12 liegt die Schmelztemperatur beispielsweise bei 175 bis 180 °C. In der ersten Stufe werden Partikel aus Polyamid 12 vorzugsweise lediglich bis maximal 170 °C erwärmt.

Nur im zweiten Schritt sind die Partikel klebrig, hier muss vermieden werden, dass sie irgendwo anhaften oder miteinander in Kontakt kommen und verkleben. Durch die abrupte Abkühlung im unteren Bereich der zweiten Stufe wird der kritische Bereich, innerhalb dessen die Partikel sich umformen und klebrig sind, nach unten begrenzt. Nach oben ist dieser kritische Bereich begrenzt durch die Stelle der zweiten Heizeinrichtung, an der die Partikel so weit zusätzlich erwärmt sind, dass sie klebrig sind. Im Übergang zwischen der ersten und zweiten Stufe sind die Partikel noch nicht klebrig, es muss ihnen durch die zweite Heizeinrichtung noch Wärmeenergie zugeführt werden. Seitlich ist der kritische Bereich vorzugsweise begrenzt durch einen freien Raum, eine Mantelströmung und/oder eine vorzugsweise zylindrische Wand. Diese Wand kann beispielsweise als Zylinder oder in Kegelform aus Glas oder Quarz ausgebildet sein. Die Wand hat vorzugsweise Mittel, durch die auf die Wand zu fliegende Partikel abgelenkt oder abgeschüttelt werden. Beispielsweise wird die Wand durch Ultraschall in Schwingungen versetzt. In z-Richtung hat der kritische Bereich die Länge d.

Bei dem Verfahren wird eine Vielzahl von Partikeln in einem Strom gerichtet geführt. Die einzelnen Partikel sollen sich dabei nicht berühren, die Abstände zwischen den einzelnen Partikeln werden entsprechend groß gewählt. Die Partikel sollen sich insgesamt wie ein ideales Gas verhalten. Die Bewegung des Stroms an Partikel folgt der Strömung des Gases, in dem die Partikel sich befinden. Diese Bewegung ist vorzugsweise in Richtung der Gravitation. Die Partikel müssen und sollten nicht komplett in die Flüssigphase übergehen. Es ist ausreichend, wenn äußere Bereiche, beispielsweise 60 oder 80 % des Volumens, das oberflächennah ist, so ausreichend schmelzen, dass bedingt durch die Oberflächenspannung Unebenheiten ausgeglichen werden. Der Kern einer Partikel kann bei dem Verfahren unangetastet bleiben. Er wird dann von einer umgeformten Schicht umgeben, welche ihn äußerlich zu einem möglichst sphärischen Körper macht. Dies ist auch schonend für das Kunststoffmaterial . Weiterhin ist es energetisch besser und einfacher durchzuführen. Dies schließt allerdings nicht aus, dass die Partikel vollständig in die flüssige Phase überführt werden. Die Temperatur der Partikel sollte möglichst knapp über der Schmelztemperatur bleiben, insbesondere maximal 5 °C darüber. Für das Beispiel Polyamid 12 beträgt die Temperatur der Partikel in der zweiten Stufe beispielsweise 175 bis 180 °C.

Das Verfahren findet vorzugsweise in einer Atmosphäre aus inertem Gas, beispielsweise Stickstoff, statt. Vorzugsweise ist der Sauerstoffgehalt zumindest im zweiten Behandlungsraum, vorzugsweise auch im ersten Behandlungsraum unter der Sauerstoffgrenzkonzentration.

Das als Ausgangsmaterial in die Vorrichtung eingeleitete pulverförmige Material aus Kunststoff kann vorzugsweise in einem Verfahren hergestellt sein, wie es in der deutschen Prioritätsanmeldung vom 19. Januar 2017 mit dem Aktenzeichen 10 2017 100 981 desselben Anmelders beschrieben ist. Der Offenbarungsgehalt dieser Anmeldung gehört vollinhaltlich zum Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung .

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert und beschrieben. Diese Ausführungsbeispiele sind nicht einschränkend zu verstehen. In der Zeichnung zeigen

Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung in einer Prinzipdarstellung,

Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Vorrichtung, ebenfalls in prinzipieller Darstellung,

Figur 3 eine perspektivische Darstellung eines Teilbereichs eines Strömungsgleichrichters in einer ersten Ausführung und

Figur 4 eine perspektivische Darstellung wie Figur 3 in einer zweiten Ausführung . Zur Beschreibung wird ein rechtshändiges x-y-z Koordinatensystem verwendet. Die z-Achse geht entgegen der Richtung der Schwerkraft nach oben.

Im Folgenden wird zunächst das erste Ausführungsbeispiel nach Figur 1 besprochen. Das zweite Ausführungsbeispiel nach Figur 2 wird danach nur insoweit besprochen, wie es sich vom ersten Ausführungsbeispiel unterscheidet.

Ausgangsmaterial 20, das beispielsweise in einer Mühle (nicht dargestellt) zerkleinert wurde, ist in einen Bunker 22 eingefüllt. Der Bunker 22 ist luftdicht abschließbar, er hat eine entsprechende Klappe. Er hat vorzugsweise Kegelform. An seinem unteren Ende befindet sich eine Zellenradschleuse 24, deren Ausgang ist mit einem Produkteinlass 26 eines ersten Behandlungsraums 28 verbunden. Zel- lenradschleusen 24 sind aus dem Stand der Technik bekannt, sie werden zum dosierten Austragen aus Silos für Pulver und Körnungen 0 - 8 mm eingesetzt. Verwiesen wird beispielsweise auf DE 31 26 696 C2.

Der erste Behandlungsraum 28 ist im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet, wobei die Zylinderachse mit der z-Richtung zusammenfällt. In seinem unteren Bereich verjüngt sich der erste Behandlungsraum 28 kegelförmig und hat dort einen Auslass 30, dort ist der mit einem Übergangsbereich 32 verbunden. Im unteren, kegelförmigen Bereich befindet sich ein ringförmiger Einlass für Heißluft, der eine erste Heizeinrichtung 34 bildet. Im Sinne der Pfeile 36 wird heißes Gas in z- Richtung in den ersten Behandlungsraum 28 eingeblasen. Dieses heiße Gas erwärmt das im ersten Behandlungsraum 28 befindliche Ausgangsmaterial 20 und bringt es auf eine erste Temperatur Tl . Es wird angestrebt, dass die einzelnen Partikel des Ausgangsmaterials 20 im ersten Behandlungsraum 28 möglichst alle gleichmäßig auf die erste Temperatur Tl erwärmt werden.

Es ist auch möglich, die erste Heizeinrichtung 34 anders auszubilden. Dabei wird das Einleiten von Heißluft beibehalten, denn die Heißluft bewirkt den Transport der Partikel . Es wird aber weniger Heißluft eingeblasen und zusätzlich über einen Heizmantel (nicht dargestellt), der sich an der zylindrischen Außenwand befindet, Wärme zugeführt.

Es ist möglich, das Ausgangsmaterial 20, das in den Bunker 22 eingefüllt wird, bereits vorzuheizen. Hierfür kann eine beliebige Heizeinrichtung verwendet werden, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist. Das Ausgangsmaterial 20 kann als Schüttgut erwärmt werden. Die Vorwärmtemperatur ist möglichst hoch, aber so ausreichend unterhalb des Schmelzpunktes des Materials, dass keine Gefahr besteht, dass die Partikel des Ausgangsmaterials 20, obwohl sie unmittelbar in Kontakt sind, miteinander verkleben. Es ist möglich, auf den ersten Behandlungsraum 28 zu verzichten. Dies insbesondere, wenn ein Vorheizen stattfindet.

Der Übergangsbereich 32 ist zylindrisch. Im Übergangsbereich 32 ist ein Strömungsgleichrichter 38 angeordnet. Er füllt den kompletten Querschnitt des rohr- förmigen Übergangsbereichs 32 aus. Er dient dazu, die Bewegung der Partikel in negativer z-Richtung zu vereinheitlichen, dies in Zusammenhang mit der Strömung an heißem Gas, das von der ersten Heizeinrichtung 34 stammt und nur über den Strömungsgleichrichter 38 abströmen kann. Diese Gasströmung transportiert und trägt die Partikel . Durch geeignete Ausbildung des Strömungsgleichrichters 38 und der Strömung des Gases wird eine laminare Strömung erhalten. Es wird ein gerichteter Strom an Partikeln erreicht, der in einen unterhalb des Übergangsbereich 32 befindlichen zweiten Behandlungsraum 42 einströmt. Dieser Strom an Partikeln soll sich wie ein ideales Gas verhalten. Die Partikel sollen sich alle linear bewegen. Sie sollen nicht miteinander in Kontakt kommen.

Die laminare Strömung ist eine Bewegung von Flüssigkeiten und Gasen, bei der (noch) keine sichtbaren Turbulenzen (Verwirbelungen/Querströmungen) auftreten : Das Fluid strömt in Schichten, die sich nicht miteinander vermischen. Da eine konstante Strömungsgeschwindigkeit im Übergangsbereich 32 eingehalten wird, handelt es sich um eine stationäre Strömung .

Strömungsgleichrichter 38 sind beispielsweise aus DE 10 2012 109 542 AI und DE 10 2014 102 370 AI bekannt. Die Figuren 3 und 4 zeigen ausschnittsweise zwei mögliche Ausführungen. In der Ausführung nach Figur 3 sind Teilungswände 40 so angeordnet, dass sie in der x-y Ebene ein Wabenmuster ergeben. In Figur 4 kreuzen sich die Teilungswände 40 rechtwinklig und bilden in der x-y Ebene ein quadratisches Raster. In z-Richtung erstrecken sie sich beide Ausführungen über mehrere Zentimeter, beispielsweise 5 bis 15 cm. Der lichte Abstand gegenüberliegender Teilungswände 40 in der x-y Ebene kann im Bereich 0, 5 bis 5 cm liegen.

Unterhalb des Übergangsbereich 32 befindet sich ein zweiter Behandlungsraum 42. Er ist mit seinem oberen Bereich mit dem unteren Ende des Übergangsbe- reich 32 verbunden. Er ist im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet. Er hat eine zweite Heizeinrichtung 44. Diese ist im konkreten Ausführungsbeispiel durch eine Vielzahl von Infrarotstrahlern 45 realisiert, welche sich an der Innenwand des zweiten Behandlungsraums 42 befinden. Sie können einzeln angesteuert und einzelnen temperiert werden. Sie sind in der x-y Ebene ausreichend weit entfernt vom Strom der Partikel, sodass verhindert wird, dass Partikel in ihre Nähe gelangen. Sie sind auf den Strom der Partikel ausgerichtet und sollen die Partikel auf eine zweite Temperatur T2 bringen, die etwas oberhalb der Schmelztemperatur ist. Dadurch werden die einzelnen Partikel zumindest in ihrem oberflächlichen Bereich angeschmolzen, sie werden zumindest teilweise flüssig. Aufgrund der Oberflächenspannung verformen sich diese Partikel und nehmen eine mehr oder weniger kugelförmige Gestalt an.

Dabei muss Strom der Partikel, der nach unten fließt, eine ausreichend lange Strecke d in negativer z-Richtung frei durchlaufen können, um den Partikeln ausreichend Zeit zu geben, sich umzuformen. Die Zeitspanne, die für das Umformen benötigt wird, wird für jeden Kunststoff und die Nebenbedingungen durch Versuche ermittelt. Aus der Zeitspanne und der Strömungsgeschwindigkeit des Gases, das die Partikel fördert, wird die Strecke d berechnet.

Solange die Partikel auf der zweiten Temperatur T2 sind, darf ein Kontakt einer Partikel mit einer anderen Partikel möglichst nicht stattfinden und sollten die Partikel nicht die Innenwand des zweiten Behandlungsraum 42 gelangen oder einen anderen Gegenstand berühren. Da es in der Praxis schwerfällt, den Strom an Partikeln über die genannte Strecke konstant zu halten, insbesondere den Querschnitt konstant zu halten, erweitert sich der zweiter Behandlungsraum 42 kegelförmig nach unten, entsprechend einem Aufweiten des Stroms in dieser Richtung .

Wenn die Partikel sich umformen, behalten sie ihre Masse bei. Es ändert sich lediglich die Form.

Am unteren Ende der Strecke d ist das Umformen ausreichend erfolgt und ist zumindest im Wesentlichen eine Kugelform erreicht. Dort werden die Partikel im unteren Bereich des zweiten Behandlungsraums 42 so rasch wie möglich in einer Abkühlzone abgekühlt auf eine Temperatur unterhalb der ersten Temperatur Tl, damit sie nicht mehr klebrig sind. Das Abkühlen erfolgt durch Einleiten eines Kühlgases, vorzugsweise wird flüssiger Stickstoff eingeleitet durch Düsen 46, die quer zur z-Richtung gerichtet sind. Die Abkühlzone befindet sich unterhalb der Strecke d und endet oberhalb des Bodens des zweiten Behandlungsraums 42, also oberhalb eines Produktauslasses 48

Die nicht mehr klebrigen Partikel werden am Produktauslass 48, der sich im untersten Bereich des zweiten Behandlungsraum 42 befindet, entnommen. Sie werden dabei gefördert durch die im zweiten Behandlungsraum 42 herrschende Gasströmung . Sie hat ihre Quelle einerseits in der Heißluft aus dem ersten Behandlungsraum 28 und andererseits in dem Druck des sich entspannenden flüssigen Stickstoffs, der aus den Düsen 46 strömt. Diese Gasströmung kann nur durch den Produktauslass 48 entweichen.

Am Produktauslass 48 ist über eine Leitung ein Filter 50 angeschlossen. Unterhalb dieses Filters 50 befindet sich ein Sieb 52. Aus diesem Sieb 52 fallen die nun kugelförmigen Partikel in einen Aufnahmebehälter 54, zum Beispiel einen Sack.

Am Filter 50 ist eine Ausströmöffnung 56 für das Gas der oben beschriebenen Strömung vorgesehen. Es ist möglich, in dieser Ausströmöffnung 56 einen Ventilator 58 anzuordnen, der regelbar ist und das Maß der zeitlich ausströmenden Menge an Gas regeln kann.

In Figur 1 ist zusätzlich noch eine Verbesserung eingezeichnet. Im zweiten Behandlungsraum 42 und unmittelbar unterhalb des Strömungsgleichrichters 38, in der x-y-Ebene außerhalb des Durchmessers des Strömungsgleichrichters 38, sind Einleitungsdüsen 60 angeordnet, deren Auslässe nach unten, in negativer z- Richtung, ausgerichtet sind . Durch sie wird heißes, vorzugsweise die Temperatur T2 aufweisendes Gas eingeleitet. Es bildet einen Mantelstrom um den Strom der Partikel. Die Einleitungsdüsen 60 für das Einspeisen erhitzten Heißgases können auch für das Aufheizen der Partikel auf die zweite Temperatur T2 zusätzlich zu den Infrarotstrahlern 45 oder auch ohne diese benutzt werden.

Im Ausführungsbeispiel nach Figur 2 ist zusätzlich eine zylindrische Wand 62 im zweiten Behandlungsraum 42 angeordnet. Sie ist vorzugsweise aus Quarzglas gefertigt und für das Licht der Infrarotstrahler 45 transparent. Sie hat einen inneren Durchmesser, der etwas größer ist als der Durchmesser der Einleitungsdüsen 60. Der Mantelstrom, der durch die Einleitungsdüsen 60 hervorgerufen wird, wird nach außen durch diese Wand 62 begrenzt. Die Wand 62 hat ein oberes Ende, das sich seitlich oder kurz unterhalb der Einleitungsdüsen 60 befindet. Sie hat ein unteres Ende, dass sich oberhalb der Düsen 46 befindet.

Die Vorrichtung hat vorzugsweise eine Vielzahl von Sensoren, wozu mindestens einer der nachfolgend genannten Sensoren gehört:

- Sensoren für die Erfassung mindestens einer Temperatur im ersten Behandlungsraum, im zweiten Behandlungsraum,

- Sensoren für die Erfassung der Temperatur eines eingeleiteten Heißgases,

- Sensoren für die Erfassung der Geschwindigkeit des eingeleiteten Heißgases, und weist weiterhin eine Steuereinheit für die Steuerung des Ablaufs auf. Diese Einzelheiten sind in der Zeichnung nicht dargestellt.

Begriffe wie im Wesentlichen, vorzugsweise und dergleichen sowie möglicherweise als ungenau zu verstehende Angaben sind so zu verstehen, dass eine Abweichung um plusminus 5 %, vorzugsweise plusminus 2 % und insbesondere plus minus ein Prozent vom Normalwert möglich ist. Die Anmelderin behält sich vor, beliebige Merkmale und auch Untermerkmale aus den Ansprüchen und/oder beliebige Merkmale und auch Teilmerkmale aus der Beschreibung in beliebiger Art miteinander zu kombinieren, dies auch außerhalb der Merkmale unabhängiger Ansprüche.

Bezugszeichenliste

20 Ausgangsmaterial

22 Bunker

24 Zellenradschleuse

26 Produkteinlass

28 erster Behandlungsraum

30 Auslass

32 Übergangsbereich

34 erste Heizeinrichtung

36 Pfeil

38 Strömungsgleichrichter

40 Teilungswand

42 zweiter Behandlungsraum

44 zweite Heizeinrichtung

45 Infrarotstrahler

46 Düse

48 Produktauslass

50 Filter

52 Sieb

54 Aufnahmebehälter

56 Ausströmöffnung

58 Ventilator

60 Einleitungsdüse

62 Wand

Tl erste Temperatur

T2 zweite Temperatur d Strecke

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Umformen eines Ausgangsmaterials (20) an pulverförmigen Kunststoffpartikeln in möglichst kugelförmige pulverförmige Kunststoff Partikel mit folgenden Verfahrensschritten :

a) Zurverfügungstellung von pulverförmigen Kunststoffpartikeln als Ausgangsmaterial (20),

b) Aufheizen der Kunststoffpartikel in einem ersten Behandlungsraum auf eine erste Temperatur Tl unterhalb des Schmelzpunktes des Kunststoffs, wobei die erste Temperatur Tl so bestimmt ist, dass die Kunststoff Partikel noch nicht aneinander kleben,

c) Überleiten eines gerichteten Stroms der so aufgeheizten Kunststoff Partikel in einen zweiten Behandlungsraum (42),

d) Aufheizen der Kunststoffpartikel in dem zweiten Behandlungsraum (42) auf eine zweite Temperatur T2 oberhalb des Schmelzpunktes des Kunststoffs, und

e) Abkühlen der Kunststoffpartikel auf eine Temperatur unterhalb der ersten Temperatur Tl .

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Verfahrensschritt c) der Strom der Kunststoff Partikel mittels eines Strömungsgleichrichters (38) in eine laminare Strömung gewandelt wird.

3. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffpartikel im zweiten Behandlungsraum (42) nicht miteinander in Berührung kommen.

4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffpartikel im zweiten Behandlungsraum (42) sich in einer gerichteten Strömung befinden und sich unter dem Einfluss einer Gasströmung und vorzugsweise auch der Gravitation in negativer z- Richtung bewegen.

5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffpartikel des Ausgangsmaterials (20) mindes- tens eine Längenabmessung aufweisen, die zumindest 50 %, insbesondere zumindest 100 % größer ist als die größte Längenabmessung des Endprodukts der möglichst kugelförmigen pulverförmigen Kunststoffpartikel.

6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Verfahrensschritt b) die erste Temperatur Tl zumindest 3 °C, insbesondere zumindest 5 °C unter dem Schmelzpunkt des Kunststoffs liegt.

7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Verfahrensschritt d) die zweite Temperatur T2 zumindest 3 °C, insbesondere zumindest 5 °C über dem Schmelzpunkt des Kunststoffs liegt.

8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffpartikel im zweiten Behandlungsraum (42) eine lineare Bewegung durchführen.

9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffpartikel im zweiten Behandlungsraum (42) von einem Mantelstrom umgeben sind der in der gleichen Richtung und vorzugsweise mit gleicher Geschwindigkeit wie der Strom an Kunststoffpartikeln in negativer z-Richtung fließt.

10. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffgehalt zumindest im zweiten Behandlungsraum (42), vorzugsweise auch im ersten Behandlungsraum unter der Sauerstoffgrenzkonzentration liegt.

11. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoff Partikel des Ausgangsmaterials (20) vereinzelt in den ersten Behandlungsraum und/oder in den zweiten Behandlungsraum (42) eingeleitet werden.

12. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffpartikel des Ausgangsmaterials (20) im

Schritt a) bereits auf eine Vorheiztemperatur erwärmt werden, die deutlich unter der ersten Temperatur Tl, insbesondere mindestens 30 °C unter der ersten Temperatur Tl liegt.

13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie aufweist

- einen ersten Behandlungsraum, der einen Produkteinlass (26) für das Ausgangsmaterial (20) und einen Auslass (30) hat, und der weiterhin eine erste Heizeinrichtung (34) aufweist,

- einen Übergangsbereich (32), der an einem Ende mit dem Auslass (30) verbunden ist,

- einen zweiten Behandlungsraum (42), der in seinem oberen Bereich mit dem anderen Ende des Übergangsbereichs (32) verbunden ist, der eine zweite Heizeinrichtung aufweist, der eine unter der zweiten Heizeinrichtung befindliche Abkühlzone aufweist und einen Produktauslass (48) hat.

14. Vorrichtung der Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Produkteinlass (26) mit einem Bunker (22) verbunden ist, in dem sich das Ausgangsmaterial (20) befindet und der luftdicht abschließbar ist, wobei sich vorzugsweise zwischen Bunker (22) und erstem Behandlungsraum eine Zellenradschleuse (24) befindet.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass am Produktauslass (48) ein Filter (50) und ein Sieb (52) in dieser Reihenfolge angeordnet sind.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Heizeinrichtung (34) des ersten Behandlungsraums eine Einleitungsvorrichtung zum Einspeisen erhitzten Heißgases aufweist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Heizeinrichtung eine Anzahl von quer zur z-Achse angeordneten Heizelementen, insbesondere IR-Strahler, aufweist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Behandlungsraum einen Behälter aufweist, der sich in negativer z-Richtung erweitert, insbesondere konisch erweitert.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass am Produktauslass (48), insbesondere hinter dem Filter (50), ein saugender Ventilator (58) angeordnet ist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Behandlungsraum (42) eine Wand (62) angeordnet ist, die vorzugsweise als Zylinderrohr ausgeführt ist, wobei die Wand (62) parallel zur z-Richtung verläuft und ein oberes Ende hat, dass sich oberhalb der zweiten Heizeinrichtung befindet, und ein unteres Ende hat, dass sich oberhalb der Düsen (46) befindet.