WO2019185460A1

WO2019185460A1 - Vorrichtung zur mikropelletierung von kunststoffpartikeln

Info

Publication number: WO2019185460A1
Application number: PCT/EP2019/057191
Authority: WO
Inventors: Günter SCHÜTT
Original assignee: Oerlikon Textile Gmbh & Co. Kg
Priority date: 2018-03-27
Filing date: 2019-03-22
Publication date: 2019-10-03

Abstract

Vorrichtung zur Mikropelletierung von Kunststoffpartikel mit einer Schmelzerzeugereinrichtung (1), mit einer Schmelzfördereinrichtung (2), mit einer Extrusionseinrichtung (3), mit einer Absaugeinrichtung (4) und mit einer Pelletsammeleinrichtung (5), wobei die Extrusionseinrichtung (3) eine Vielzahl von Extrusionsdüsen (7) mit jeweils einer Extrusionsöffnung (7.1) und den Extrusionsdüsen (7) zugeordnete Luftdüsen (13) aufweist, die unmittelbar mit einer Säugöffnung (4.1) der Absaugeinrichtung (4) zusammenwirken, und wobei die Extrusionsöffnungen (7.1) an einer Extrusionsplatte (6.4) mit einer bestimmten Lochdichte ausgebildet sind.

Description

Vorrichtung zur Mikropelletierung von Kunststoffpartikeln

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Mikropelletierung von Kunst- stoffpartikeln gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei der Herstellung und Verarbeitung von Kunststoffen beispielsweise im 3D-Druckverfahren oder dem klassischen Rotationsgussverfahren werden zunehmend feinste Kunststoffpartikel in Form von Pulver benötigt. Die Mikropelletierung der Kunststoffpartikel erfolgt nach verschiedenen Ver- fahren. So ist es üblich, die Kunststoffpartikel durch Vermahlen eines grob- körnigen Granulates herzustellen. Hierzu ist es erforderlich, dass in einem vorgeschalteten Prozess zunächst das Granulat hergestellt wird. Bei einer anderen Verfahrensvariante werden die Kunststoffpartikel durch eine direk- te Granulierung in einem Extrusionsprozess erzeugt. Derartige Mikropelle- tierungen waren bisher jedoch nur geeignet, um größere Kunststoffpartikel im Bereich von oberhalb 500 pm herzustellen. Die Mikropelletierung feins- ter Kunststoffpartikel wird industriell daher nach wie vor durch ein Ver- mahlen von Kunststoffen durchgeführt. Neueste Untersuchungen haben jedoch gezeigt, dass auch feine Kunststoff- partikel <500 pm direkt durch eine Extrusion einer Polymerschmelze her- stellbar sind. So ist aus der US 9,321,207 B2 eine Vorrichtung zur Mikro- pelletierung von Kunststoffpartikeln bekannt, bei welchem die Kunststoff- partikel durch eine Extrusionseinrichtung erzeugt, abgesaugt und mit einer Pelletsammeleinrichtung eingesammelt werden. Bei der Mikropelletierung wird zunächst durch eine Schmelzeerzeugereinrichtung eine Kunststoff- schmelze erzeugt und durch eine Schmelzfördereinrichtung einer Extrusi- onseinrichtung zugeführt. Die Extrusionseinrichtung weist eine Extrusions- Öffnung und eine Luftdüse auf, die Zusammenwirken, um die Kunststoffpar- tikel zu erzeugen. Aus der Extrusionsdüse wird die Polymerschmelze extrudiert und aus der Luftdüse eine heiße Prozessluft auf das Extrudat ge- richtet. Dabei lassen sich die Kunststoffpartikel bilden. Bei der bekannten Vorrichtung zur Mikropelletierung von Kunststoffpartikeln wird eine Extrusionsöffnung der Extrusionseinrichtung genutzt. Dabei ist jedoch eine industrielle Herstellung derartiger Kunststoffpartikel nicht wirtschaftlich ausführbar. Zudem führt die bekannte Vorrichtung zu Kunststoffpartikeln im Bereich von 65 pm bis 400 pm. Eine gleichmäßige Größe bei der Mik- ropelletierung der Kunststoffpartikel ist jedoch bei einer industriellen Ferti- gung gewünscht. Aus der EP 1 920 825 Al ist eine Vorrichtung zur Herstellung von Kunst- stoffpartikeln bekannt, bei welcher eine Extrusionseinrichtung mit einer Mehrzahl von Extrusionsdüsen eingesetzt wird. Die Extrusionsdüsen sind in einer einreihigen Anordnung in enger Teilung nebeneinander ausgebildet. Damit lässt sich bereits eine größere Anzahl von Kunststoffpartikeln paral- lel nebeneinander herstellen. Aber auch hierbei hat sich gezeigt, dass die Kunststoffpartikel in ihrer Größe variieren. Insoweit sind zusätzliche Ein- richtungen zum anschließenden Sortieren der Kunststoffpartikel erforder- lich, um Kunststoffpartikel gleicher Größe zu erhalten. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die gattungsgemäße Vorrichtung zur Mikropelletierung von Kunststoffpartikeln derart weiterzubilden, dass eine hohe Anzahl von Kunststoffpartikeln mit möglichst gleichmäßiger Partikel- größe gleichzeitig herstellbar ist. Ein weiteres Ziel der Erfindung liegt darin, eine für die industrielle Herstel- lung geeignete Vorrichtung zur Mikropelletierung von Kunststoffpartikeln in einem Größenbereich von 100 pm bis 500 pm, vorzugsweise <100 pm bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Extrusions- Öffnungen an einer Extrusionsplatte mit einer Lochdichte im Bereich von 3 Öffnungen pro Quadratzoll bis 36 Öffnungen pro Quadratzoll ausgebildet sind.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale und Merkmalskombinationen der jeweiligen Unteransprüche definiert. Bei der Mikropelletierung von Kunststoffpartikeln ist die unmittelbare Her- stellung der Kunststoffpartikel durch Extrudieren der Schmelze durch die Extrusionsdüsen von großer Bedeutung. Das Zerteilen des aus der Extrusi- onsöffnung austretenden Extrudats wird dabei durch die Prozessluft be- stimmt, die durch die Luftdüsen erzeugt wird und unmittelbar dem Auslass der Extrusionsdüsen zugeführt wird. Hierbei hat sich jedoch herausgestellt, dass die Extrusionsdüsen bestimmte Mindestabstände zwischen den Düsen- öffnungen einhalten müssen, um keine gegenseitige Beeinflussung der Luftströmungen zu erhalten. Damit an jeder einzelnen Extrusionsdüse mög- lichst gleiche Bedingungen und identische Kunststoffpartikel erzeugt wer- den können, sind je nach Größe der Kunststoffpartikel die Extrusionsöff- nungen an einer Extrusionsplatte mit einer Lochdichte im Bereich von 3 Öffnungen pro Quadratzoll bis 36 Öffnungen pro Quadratzoll ausgebildet. So können vorteilhaft schädliche Luftturbulenzen unmittelbar unterhalb der Extrusionsplatte durch gegenseitige Beeinflussung der Luftströmungen der Luftdüsen vermieden werden. An jeder der Extrusionsdüsen lässt sich das Extrudat gleichmäßig durch die Prozessluft zerteilen. Elm trotz der geringen Anzahl an Extrusionsöffnungen pro Flächeneinheit eine wirtschaftliche Herstellung zu ermöglichen, ist die Weiterbildung der Erfindung bevorzugt ausgeführt, bei welcher die Extrusionsöffnungen über eine Länge der Extrusionsplatte von max. 2.000 mm verteilt angeordnet sind und bei welcher den Extrusionsöffnungen über die Länge der Extrusi- onsplatte mehrere Schmelzeverteilerkammern und mehrere den Schmelze- verteilerkammern zugeordnete Schmelzeeinlässe zugeordnet sind. So ist es bekannt, dass zur Mikropelletierung der Kunststoffpartikel relativ zähflüs- sige Schmelze eines Kunststoffes verwendet wird. Durch die segmentför- mige Verteilung der Schmelze über die gesamte Länge der Extrusionsplatte wird sichergestellt, dass an jeder der Extrusionsdüsen der gleiche Mengen- durchsatz an Schmelze vorherrscht. Zudem lassen sich kurze Verweilzeiten der Schmelze innerhalb der Extrusionseinrichtung trotz einer relativ großen Produktionsbreite realisieren. Hierbei werden die Extrusionsdüsen und die zugeordneten Luftdüsen be- vorzugt in einer mehrreihigen Anordnung über eine Breite der Extrusions- platte von max. 300 mm verteilt angeordnet.

Das Verhalten zum Zerteilen des Extrudats lässt sich neben der Kunststoff- schmelze auch im wesentlichen durch die Ausbildung einer Kapillare der Extrusionsdüsen beeinflussen. Die Kapillare der Extrusionsdüsen bedingt in Abhängigkeit von der Fließfähigkeit der Schmelze eine Verweilzeit, wäh- rend dessen eine Ausrichtung der Molekülketten in der Schmelze erfolgt. Insoweit hat die Länge der Kapillare einen wesentlichen Einfluss, in wel chem Zustand das Extrudat an der Extrusionsöffnung der Extrusionsdüse austritt. Für die gleichmäßige Zerteilung des Extrudats hat sich insbesonde- re die Weiterbildung der Erfindung bewährt, bei welcher die Extrusionsdü- sen jeweils eine Kapillare aufweisen, die einen mittleren Innendurchmesser d und einen Länge im Bereich von 0,8 d bis 15 d aufweisen. Das Längen- durchmesserverhältnis wird dabei in Abhängigkeit von der jeweiligen Par- tikelgröße der Kunststoffpartikel gewählt. Neben der Zuführung der Schmelze in der Extrusionseinrichtung muss die Zuführung einer Prozessluft gewährleistet sein, die an jeder Luftdüsen ei- nen möglichst gleichgroßen Luftstrom erzeugt. Insoweit ist die Weiterbil- dung der Erfindung vorgesehen, bei welcher die Extrusionseinrichtung zur Aufnahme der Extrusionsplatte ein quaderförmiges Trägergehäuse aufweist, an einer oder beider Längsseiten zumindest eine Prozessluftzuführung auf weist, die mit den Luftdüsen verbunden ist.

Hierbei wird die Luftzuführung vorteilhaft durch einen Luftkanal gebildet, der sich parallel zu der Extrusionsplatte innerhalb des Trägergehäuses er- streckt.

Bei sehr lang ausgeprägten Trägergehäusen zur Realisierung großer Pro- duktionsbreiten wird die Luftzuführung bevorzugt über mehrere Kanalseg- mente ausgebildet, die von außen gehalten sind. Damit können insbesonde- re die durch Wärmedehnung auftretenden Materialspannungen zwischen der Luftzuführung und dem Trägergehäuse oder einem Heizgehäuse ver- mieden werden. Zur Beheizung der schmelzeführenden Bauteile innerhalb der Extrusions- einrichtung ist dem Trägergehäuse eine elektrische Heizeinrichtung zuge- ordnet, die mehrere elektrische Heizstäbe oder mehrere elektrische Heiz- platten innerhalb oder außerhalb des Trägergehäuses aufweist.

Alternativ besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass dem Trägergehäuse eine Wärmeträgerheizeinrichtung zugeordnet ist, die einen das Trägerge- häuse zumindest teilumschließenden Heizmantel aufweist, in welchem ein Wärme trägerfluid geführt ist.

Um eine hohe Gleichmäßigkeit beim Pelletieren der Kunststoffpartikel zu erhalten, wird gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Er- findung die Schmelzeerzeugereinrichtung derart ausgeführt, dass eine Po- lymerschmelze mit einem Schmelzfließfähigkeitsindex (MFI) im Bereich von 2 g/lOmin bis 20 g/lOmin erzeugbar ist. Der MFI-Wert, der nach DIN EN ISO 1133 ermittelt wird, gibt die diejenige Masse an schmelzflüssigem Polymer an, die während 10 Minuten bei einer bestimmten Temperatur und unter einem bestimmten auf die Schmelze wirkenden Kraft durch eine ge- normte Düse gedrückt wird. Der MFI-Wert ist somit eine von vereinbarten Prüfbedingungen abhängige Technologiekenngröße zur Abschätzung des Fließverhaltens der Polymerschmelze. Der Bereich von 2 g/lOmin bis 20 g/lOmin entspricht einer leicht fließenden Extrusionsmasse, wie sie bei- spielsweise beim Spritzguss verwendet wird. Um nach dem Absaugen die verfestigten Kunststoffpartikel aus der Pro- zessluft zu entfernen, weist die Pelletsammeleinrichtung vorzugsweise ei- nen Fliehkraftabscheider mit einem Pelletauslass auf. Der Pelletauslass kann dabei unmittelbar mit einer Fördereinrichtung verbunden sein. So las- sen sich die Kunststoffpartikel direkt einer Abpackstation zuführen.

Zur Absaugung der erzeugten Kunststoffpartikel von der Extrusionseinrich- tung hat sich die Weiterbildung der Erfindung besonders bewährt, bei wel cher die Absaugeinrichtung in einer Säugöffnung einen Siebrahmen auf weist, der an einer Unterseite des Trägergehäuses gehalten ist und die Extrusionsöffnungen umschließt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Mikropelletierung von Kunststoff- partikeln wird nachfolgend anhand einiger Ausführungsbeispiele unter Be- zug auf die beigefügten Figuren näher erläutert.

Es stellen dar:

Fig. 1 schematisch eine Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Mikropelletierung von Kunst- stoffpartikeln

Fig. 2 schematisch eine Fängsschnittansicht eines Ausführungsbeispiels der Extrusionseinrichtung aus Fig. 1

Fig. 3 schematisch eine Querschnittsansicht des Ausführungsbeispiels aus Fig. 2

Fig. 4 schematisch eine Draufsicht einer Extrusionsplatte des Ausfüh- rungsbeispiels aus Fig. 2 und 3

Fig. 5 schematisch ein Teilquerschnitt einer Extrusionsdüse gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 und 3

Fig. 6 schematisch eine Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels ei- ner Extrusionseinrichtung Fig. 7 schematisch eine Querschnittsansicht des Ausführungsbeispiels aus Fig. 6

Fig. 8 schematisch eine Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfmdungsgemäßen Vorrichtung

In der Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der erfmdungsgemäßen Vor- richtung zur Mikropelletierung von Kunststoffpartikeln aus einer Schmelze schematisch in einer Ansicht dargestellt. Das Ausführungsbeispiel zeigt eine Schmelzerzeugereinrichtung 1, die hier durch einen Extruder 1.2 ge- bildet ist, der durch Verteilerleitungen 1.1 mit einer Schmelzfördereinrich- tung 2 verbunden ist. Die Schmelzfördereinrichtung 2 weist mehrere Pum- pen 2.1, 2.2 und 2.3 auf, die einer Extrusionseinrichtung 3 zugeordnet sind. Die Extrusionseinrichtung 3 weist zu jeder Pumpe 2.1 bis 2.3 jeweils einen Schmelzeeinlass auf. Der Aufbau der Extrusionseinrichtung 3 wird nach- folgend noch näher erläutert. Neben einer Schmelze wird der Extrusionsein- richtung 3 eine Prozessluft durch eine Prozessluftzuführung 17 zugeführt. Die Prozessluftzuführung 17 ist an einer Stirnseite der Extrusionseinrich- tung 3 angeschlossen. Auch hierbei wird der weitere Aufbau zur Führung der Prozessluft nachfolgend noch näher erläutert.

In der Fig. 2 ist schematisch eine Längsschnittansicht und in Fig. 3 schema- tisch eine Querschnittsansicht der Extrusionseinrichtung 3 dargestellte. Die nachfolgende Beschreibung zur Erläuterung der Extrusionseinrichtung 3 nimmt auf beide Figuren Bezug.

Die Extrusionseinrichtung 3 weist ein plattenförmiges Trägergehäuse 6 auf. Das Trägergehäuse 6 setzt sich aus einer Einlassplatte 6.1, einer Filterplatte 6.2, einer Verteilplatte 6.3 und einer unteren Extrusionsplatte 6.4 zusam- men. Die Platten 6.1 bis 6.4 sind druckdicht miteinander verbunden.

Die Einlassplatte 6.1 weist mehrere Schmelzeinlässe 10.1, 10.2 und 10.3 auf, an denen die Pumpen 2.1, 2.2 und 2.3 der Schmelzefördereinrichtung 2 angeschlossen sind. Die Schmelzeeinlässe 10.1, 10.2 und 10.3 münden je- weils in eine Verteilkammer 11.1, 11.2 und 11.3, die sich zwischen der Ein- lassplatte 6.1 und der Filterplatte 6.2 ausbilden. Wie aus der Darstellung in Fig. 2 hervorgeht, erstrecken sich die Schmelzeverteilerkammern 11.1 bis 11.3 segmentförmig entlang der Filterplatte 6.2, wobei die Schmelzevertei- lerkammern 11.1 bis 11.3 miteinander verbunden sind.

An einer Oberseite der Filterplatte 6.2 ist ein Filterelement 14 angeordnet, das sich auf eine Mehrzahl von Durchlassöffnungen 15 innerhalb der Fil- terplatte 6.2 abstützt.

Unterhalb der Filterplatte 6.2 ist eine Sammelkammer 12 ausgebildet, die sich oberhalb der Verteilplatte 6.3 erstreckt. Die Verteilplatte 6.3 weist eine Mehrzahl durchgehende Verteilöffnungen 19 auf. An der Unterseite der Verteilplatte 6.3 sind mehrere Extrusionsdüsen 7 gehalten. Die Extrusions- düsen 7 sind hierzu mit einem oberen Ende in den Verteilöffnungen 19 ge- halten. Die Verbindung zwischen den Extrusionsdüsen 7 und den Verteil- öffnungen 19 der Verteilplatte 6.3 kann hierbei durch eine Pressverbindung, eine Schraubverbindung oder eine Schweißverbindung ausgeführt sein.

Die Extrusionsdüsen 7 sind auskragend an der Verteilplatte 6.3 gehalten und ragen mit einem freien Ende in jeweils eine Düsenaufnahmeöffnung 13.1 bis in die untere Extrusionsplatte 6.4 hinein. Die Extrusionsplatte 6.4 weist unmittelbar unterhalb der Verteilplatte 6.3 eine Luftkammer 8 auf, die von den Extrusionsdüsen 7 durchdrungen ist. Die Luftkammer 8 erstreckt sich zwischen einer Unterseite der Verteilplatte 6.3 und den Düsenaufnahmeöffnungen 13.1 und ist über zumindest einen

Luftkanal 9 mit der Prozessluftzuführung 17 verbunden. Vorzugsweise werden auch zwei Luftkanäle ausgeführt, die axialsymmetrisch angeordnet sind. Der Luftkanal 9 durchdringt die Einlassplatte 6.1 parallel zur Extrusi- onsplatte 6.4 und ist an einer Stirnseite des Trägergehäuses 6 mit der Pro- zessluftzuführung 17 verbunden. Die Verbindung zu der Luftkammer 8 im Bereich zwischen der Verteilplatte 6.3 und der Extrusionsplatte 6.4 erfolgt durch vertikal ausgerichtete Abschnitte des Luftkanals 9, die die Lilterplatte 6.2 und die Verteilplatte 6.3 durchdringen. Die Düsenaufnahmeöffnungen 13.1 in der Extrusionsplatte 6.4 weisen ei- nen Öffnungsquerschnitt auf, der größer ist als die hineinragenden Extrusi- onsdüsen 7. Insoweit bildet sich über den Außenumfang der Extrusionsdü- sen 7 jeweils ein Luftzufuhrkanal 13.2. Die Luftzufuhrkanäle 13.2 sind mit den Luftdüsen 13 an der Unterseite der Extrusionsplatte 6.4 verbunden.

Zur Erläuterung der Extrusionsdüsen 7 und der Luftdüsen 13 wird zusätz- lich zu der Fig. 5 Bezug genommen. In der Fig. 5 ist eine Unterseite 21 der Extrusionsplatte 6.4 im Bereich einer der Extrusionsdüsen 7 in einem Aus- schnitt einer Querschnittsansicht dargestellt. Da die Extrusionsdüsen 7 alle identisch ausgebildet sind, gilt die Beschreibung für alle Extrusionsdüsen 7 der Extrusionseinrichtung 3. Wie in der Fig. 5 dargestellt, weist die Extrasionsdüse 7 an einem freien Ende eine Extrasionsöffnung 7.1 auf. Die Extrasionsöffnung 7.1 ist durch eine Kapillare 7.2 gebildet. Die Kapillare 7.2 weist einen mittleren Durch- messer auf, der in der Fig. 5 mit dem Bezugszeichen d gekennzeichnet ist. Die Länge der Kapillare 7.2 ist mit dem Bezugszeichen L gekennzeichnet. Die Extrasionsöffnung 7.1 am Ende der Kapillare 7.2 weist einen Öff nungsquerschnitt auf, der mit D gekennzeichnet ist.

Die Kapillare 7.2 der Extrasionsdüse 7 ist mit einem mittleren Innendurch- messer d im Bereich von 0,15 mm bis 1,5 mm ausgeführt. Die Größe des mittleren Innendurchmessers d der Kapillare 7.2 richtet sich hierbei nach der jeweils zu erzeugenden Größe der Kunststoffpartikel. Die Länge L der Kapillare 7.2 wird dabei in Abhängigkeit von dem mittleren Innendurch- messer d der Kapillare 7.2 gewählt. Die Länge der Kapillare 7.2 liegt in einem Bereich von L = 0,8xd bis L =l5xd. Die Kapillare lassen sich leicht konisch oder zylindrisch ausbilden. Bei einer konischen Ausbildung ist der Öffnungsquerschnitt D der Extrasionsöffnung 7.1 kleiner als der mittlere Durchmesser d der Kapillare 7.2. Bei einer zylindrischen Ausbildung der Kapillare 7.2 ist der Öffnungsquerschnitt der Extrasionsöffnung 7.1 gleich- groß dem mittleren Durchmesser d der Kapillare 7.2. Der Kanalquerschnitt der Kapillare 7.2 kann rund oder oval ausgeführt sein.

Innerhalb der Extrasionsdüse 7 mündet die Kapillare 7.2 in einen Schmel- zekanal 7.3, der am Ende der Extrasionsdüse 7 offen ist und in die Verteil- Öffnung 19 mündet. Insoweit ist jeder Schmelzekanal 7.3 der Extrasionsdü- sen 7 mit der Sammelkammer 12 verbunden. Wie weiter aus der Darstellung in Fig. 5 hervorgeht, ist am freien Ende der Extrusionsdüse 7 und der Düsenaufnahmeöffnung 13.1 eine Luftdüse 13 gebildet. Die Luftdüse 13 weist eine Spaltöffnung auf, die an seiner engsten Stelle eine Spalthöhe s aufweist. Die Spalthöhe s liegt in einem Bereich von 0,5 mm bis 3 mm. Die Luftdüse 13 ist über den gesamten Umfang der

Extrusionsdüse 7 ausgeführt. Je nach Formgebung der Luftdüse 13 kann die Spalthöhe s über den gesamten Umfang der Extrusionsdüse 7 gleichgroß oder unterschiedlich groß ausgeführt sein. Der durch die Luftdüse 13 er- zeugte Luftstrom trifft somit radial von allen Seiten auf ein Extrudat der Extrusionsöffnung 7.1. Das Extrudat ist von der Prozessluft umspült.

Wie aus der Darstellung in Fig. 2 und Fig. 3 hervorgeht, sind die Extrusi- onsdüsen 7 in einer mehrreihigen Anordnung über die Extrusionsplatte 6.4 verteilt angeordnet. Um eine gegenseitige Beeinflussung aufgrund der Pro- zessluftströmungen bei der Bildung der Kunststoffpartikel zu vermeiden, ist zwischen den Extrusionsdüsen 7 ein Mindestmaß an einem Mittenabstand zwischen benachbarten Extrusionsöffnungen 7.1 eingehalten. Damit ergibt sich eine vorbestimmte Lochdichte der Extrusionsöffnungen 7.1 an der Extrusionsplatte 6.4.

In der Fig. 4 ist schematisch eine Draufsicht von der Unterseite 21 der Extrusionsplatte 6.4 in einem Teilabschnitt dargestellt. Die Extrusionsöff- nungen 7.1 der Extrusionsdüsen 7 sind in einer Längsrichtung der Extrusi- onsplatte 6.4 versetzt zueinander ausgeführt. Hierbei ist eine Lochdichte der Extrusionsöffnungen 7.1 und der Luftdüsen 13 in einem Bereich von 3 Öff nungen pro Quadratzoll bis max. 36 Öffnungen pro Quadratzoll eingehal- ten. Die Anzahl der Extrusionsöffnungen 7.1 in einem Quadratzoll der Un- terseite 21 der Extrusionsplatte 6.4 richtet sich im wesentlichen nach der herstellbaren Größe der Kunststoffpartikel. So gilt allgemein, je größer die Kunststoffpartikel bei der Mikropelletierung umso kleiner ist die Anzahl der Extrusionsöffnungen pro Quadratzoll. Wie aus der Darstellung in Fig. 2 und 3 hervorgeht, sind die Extrusionsdü- sen 7 über eine Länge der Extrusionsplatte 6.4 und über eine Breite der Extrusionsplatte 6.4 verteilt angeordnet. Um bei den üblichen zähflüssigen Kunststoffschmelzen eine gleichmäßige Verteilung zu gewährleisten, hat sich gezeigt, dass die Extrusionsöffnungen 7.1 der Extrusionsdüsen 7 ma- ximal über eine Länge der Extrusionsplatte 6.4 von 2.000 mm verteilt ange- ordnet sind. Die Länge der Extrusionsplatte 6.4 ist hierbei durch den Ab- stand der äußeren Extrusionsöffnungen 7.1 bestimmt. In Fig. 2 ist hierzu die Länge der Extrusionsplatte 6.4 mit dem Kennbuchstaben L eingezeichnet. Die Extrusionsöffnungen 7.1 sind üblicherweise über eine Länge im Be- reich von 200 mm bis 2.000 mm verteilt angerodnet.

Dementsprechend ist in Fig. 3 eine maximale Breite der Extrusionsplatte 6.4 mit dem Großbuchstaben B gekennzeichnet, in welcher die Extrusions- Öffnungen 7.1 verteilt angeordnet sind. Die maximale Breite der Extrusi- onsplatte 6.4 liegt bei ca. 300 mm, wobei eine mehrreihige Anordnung der Extrusionsöffnungen 7.1 auch noch mit kleinerer Breite bis 100 mm reali- sierbar ist.

Das aus den Platten 6.1, 6.2, 6.3 und 6.4 gebildete Trägergehäuse 6 wird durch eine Heizeinrichtung 16 beheizt. Das Trägergehäuse bildet somit ein sogenanntes Düsenpaket, welches die schmelzeführenden Bauteile umfasst. Wie aus der Darstellung in Fig. 3 hervorgeht, ist in diesem Ausführungsbei- spiel die Heizeinrichtung 16 des Trägergehäuses 6 durch mehrere elektri- sche Heizplatten 16.1 gebildet, die an den Längsseiten des Trägergehäuses 6 angeordnet sind. Die Heizplatten 16.1 weisen hier nicht derart dargestellte elektrische Heizelemente auf, um die Platten des Trägergehäuses 6 zu erhit- zen. Der Temperaturbereich liegt hierbei je nach Polymertyp im Bereich von 120°C bis max. 350°C.

Um eine allseitige Beheizung des Trägergehäuses 6 zu erhalten, könnte das Trägergehäuse auch in einem Heizblock integriert sein, in welchem mehre - re Heizstäbe integriert sind. Derartige Heizblöcke sind bekannt und werden üblicherweise durch mehrere elektrische Heizstäbe beheizt.

Alternativ könnte das Trägergehäuse 6 auch in einem Spinnbalken integriert sein, in welchem ein Wärme trägerfluid zur Beheizung des Trägergehäuses 6 genutzt wird.

Wie aus der Darstellung in Fig. 2 hervorgeht, werden die durch die Extrusi- onseinrichtung 3 erzeugten Kunststoffpartikel unmittelbar an der Unterseite 21 der Extrusionsplatte 6.4 von der Absaugeinrichtung 4 aufgenommen. In Fig. 2 ist nur ein Abschnitt eines Saugstutzens 4.2 gezeigt, der unmittelbar mit einer Säugöffnung 4.1 an der Unterseite 21 der Extrusionsplatte 6.4 ge- halten ist. Die Säugöffnung 4.1 enthält einen Siebrahmen 4.3, der mit Kon- takt über eine Dichtung 23 zur Unterseite 21 der Extrusionsplatte 6.4 gehal- ten ist. Der Siebrahmen 4.3 ist in der Säugöffnung 4.1 integriert, die zur Umgebung hin offen ist, so dass eine Sekundärluft gemeinsam mit der Pro- zessluft in den Siebrahmen 4.3 hineingesogen werden kann. Der Siebrah- men 4.3 ist in seiner Länge und seiner Breite derart ausgeführt, dass alle Extrusionsdüsen 7.1 von dem Siebrahmen 4.3 eingeschlossen sind. Die Mantelwände der Siebrahmen 4.3 sind luftdurchlässig ausgeführt. Wie aus der Darstellung in Fig. 1 hervorgeht, ist der Saugstutzen 4.2 der Absaugeinrichtung 4 durch Stellzylinder 4.6 höhenverstellbar ausgeführt. So können zu Wartungszwecken die Extrusionseinrichtung 3 und die Ab- saugeinrichtung 4 voneinander getrennt werden. Der Saugstutzen 4.2 mün- det in einen Ablassschacht 4.5, der an seiner Unterseite mit einem Gebläse 4.4 verbunden ist. Das Gebläse 4.4 erzeugt den zur Aufnahme der Prozess- luft und der Partikel erforderlichen Unterdrück. Der Massestrom wird aus der Absaugeinrichtung 4 über ein Ablasskanal 4.7 zu einer Pelletsamme- leinrichtung 5 geführt. Die Pelletsammeleinrichtung 5 weist einen Flieh- kraftabscheider 5.1 auf, in welchem die Kunststoffpartikel aus dem Mas- sestrom herausgelöst werden und als ein Schüttgut über den Pelletauslass 5.2 abgeführt werden. So könnte dem Pelletauslass 5.2 unmittelbar eine Transporteinrichtung zugeordnet sein, um die hergestellten Kunststoffparti- kel einer Verpackungsstation zuzuführen.

Um die Kunststoffpartikel mit einem möglichst konstanten Fördervolumen zu der Pelletsammeleinrichtung 5 zu führen, ist in Fig. 8 ein weiteres Aus- führungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Mikropelletierung schematisch in einer Ansicht dargestellt. Das Ausführungsbeispiel ist im wesentlichen identisch zu dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, so dass an dieser Stelle nur die Unterschiede erläutert werden und ansonsten Bezug zu der vorgenannten Beschreibung genommen wird. Bei dem in Fig. 8 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung wirkt ein Gebläse 4.4 unmittelbar auf die Pelletsammeleinrich- tung 5, so dass in dem Ablasskanal 4.7 zwischen dem Ablassschacht 4.5 und der Pelletsammeleinrichtung 5 ein Unterdrück zur Förderung der Kunststoffpartikel anliegt. Hierbei ist unmittelbar auf der Auslassseite des Ablassschachtes 4.5 ein Sekundärluftanschluss 26 ausgebildet. Der Sekun- däranschluss 26 weist eine verstellbare Bypassklappe 25 auf, um den Zu fluss einer Sekundärluft einstellen zu können. Das Gebläse 4.4 ist der Pel- letsammeleinrichtung 5 zugeordnet, die im Innern einen Fliehkraftabschei- der 5.1 aufweist, um die Kunststoffpartikel aus dem Massestrom herauszu- lösen und in einen Pelletauslass 5.2 zu überführen. Das Gebläse 4.4 wirkt auf einer Blasseite mit einem Filter 24 zusammen, um möglichst saubere Abluft in die Umgebung abgeben zu können.

Bei der in Fig. 8 dargestellten Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird insbesondere durch die Zufuhr einer Sekundär luft eine höhere Flexibi- lität bei der Einstellung eines Massestromes erreicht. Bei dem in der Fig. 1 und der Fig. 8 dargestellten Vorrichtung zur Mikro- pelletierung von Kunststoffpartikeln wird zunächst über die Schmelzeer- zeugereinrichtung 1 eine Kunststoffschmelze erzeugt. Die Kunststoff- schmelze wird mit einer vordefinierten Schmelzfließfähigkeit erzeugt, die für die Mikropelletierung die erforderlichen Eigenschaften aufweist. So wird die Kunststoffschmelze mit einer Schmelzfließfähigkeit hergestellt, die durch den Schmelzfließindex MFI im Bereich von 2 g/lOmin bis 20 g/l0min spezifiziert ist. Der Schmelzfließindex MFI ist nach der Norm DIN EN ISO 1133 bestimmt und definiert die Masse an schmelzflüssigem Kunststoff, die während 10 Minuten bei einer bestimmten Temperatur und unter einem bestimmten auf die Schmelze wirkenden Kraft durch eine ge- normte Düse gedrückt wird. Der Bereich des MFI-Wertes von 2 g/l0min bis 20 g/l0min stellte eine leicht fließende Extrusionsmasse dar, wie bei- spielsweise beim Spritzgießen von Kunststoffen üblich ist. Bei der Herstel- lung von Fasern in einem Meltblown-Verfahren werden zum Vergleich stark fließende Polymerschmelzen mit einem MFI im Bereich von 450 g/10min bis 2.000 g/10min verwendet. Die Kunststoffschmelze wird von der Schmelzeerzeugereinrichtung 1 der Schmelzefördereinrichtung 2 zugeführt. Die Schmelzefördereinrichtung 2 mit den Pumpen 2.1, 2.2 und 2.3 führt die Kunststoffschmelze unter einem Druck zu der Extrusionseinrichtung 3. In der Extrusionseinrichtung 3 wird die Kunststoffschmelze mit mehreren Teilströmen über die Schmelzeeinläs- se 10.1 , 10.2 und 10.3 den jeweils zugeordneten Verteilkammern 11.1 , 11.2 und 11.3 zugeführt. Über die Schmelzeverteilkammern 11.1, 11.2 und 11.3 wird die Kunststoffschmelze unter Einhaltung eines Schmelzedruckes zu- nächst durch das Filterelement 14 und die Durchlassöffnungen 15 zu der Sammelkammer 12 gedrückt. Die segmentförmige Ausbildung der Verteil- kammern ermöglicht eine gleichmäßige Verteilung der Schmelze über die gesamte Länge der Extrusionsplatte 6.4. In der Sammelkammer 12 verteilt sich die Kunststoffschmelze auf alle Extrusionsdüsen 7, um am Ende der Extrusionsdüsen 7 durch die Extrusionsöffnungen 7.1 als Extrudat auszutre- ten. Dabei wird eine bevorzugt heiße Prozessluft der Extrusionseinrichtung 3 zugeführt, um über die Luftdüsen 13 das jeweilige Extrudat zu kleinsten

Kunststoffpartikeln zu zerteilen. Der durch die Extrusionseinrichtung 3 er- zeugte Massestrom wird unmittelbar von der Saugeinrichtung 4 aufgenom- men und der Pelletsammeleinrichtung 5 zugeführt. In der Pelletsammelein- richtung 5 werden die Kunststoffpartikel aus dem Massestrom mittels eines Fliehkraftabscheiders 5.1 herausgeführt und über den Pelletauslass 5.2 ab- transportiert. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Extrusionsdü- sen und Luftdüsen der Extrusionseinrichtung 3 derart ausgeführt, dass die Prozessluft über den gesamten Umfang auf das frisch extrudierte Extrudat einwirkt. Grundsätzlich besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Kunst- Stoffpartikel mit einer Luftzuführung zu erhalten, die aus parallel gegen- überliegenden Luftdüsen erzeugt wird. Hierzu ist in Fig. 6 und Fig. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Extrusionseinrichtung 3 gezeigt, wie sie beispielsweise in dem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vor- richtung nach Fig. 1 einsetzbar wäre. Bei der nachfolgenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels der Extrusionseinrichtung 3 sind die Bauteile mit gleichen Funktionen durch identische Bezugszeichen gekennzeichnet. In der Fig. 6 ist schematisch eine Seitenansicht und in Fig. 7 schematisch eine Querschnittsansicht dargestellt. Wie aus der Darstellung in Fig. 7 hervorgeht, ist ein Trägergehäuse 6 eben- falls plattenförmig ausgeführt, wobei eine Einlassplatte 6.1, eine Filterplatte 6.2, eine Extrusionsplatte 6.4 und eine untere Luftdüsenplatte 6.5 druck- dicht zusammengefügt sind. Die Extrusionsplatte 6.4 weist in diesem Aus- führungsbeispiel fest integrierte Extrusionsdüsen 7 auf, die jeweils durch einen Schmelzekanal 7.3 und eine Kapillare 7.2 gebildet sind, die an einer Unterseite der Extrusionsplatte 6.4 eine Extrusionsöffnung 7.1 bilden. Die in einer Reihe in der Extrusionsplatte 6.4 ausgebildeten Schmelzekanäle 7.3 sind mit einer Sammelkammer 12 verbunden. Der Sammelkammer 12 ist durch die Filterplatte 6.2 begrenzt und über mehrere Durchlassöffnungen 15 und dem Filterelement 14 mit einer oder mehreren Schmelzeverteilkam- mem 11 verbunden. Die Schmelzeverteilerkammer 11 ist über einen Schmelzeeinlass 10 mit einer hier nicht dargestellten Schmelzeförderein- richtung 2 verbunden. Die Extrusionsplatte 6.4 ist gegenüber der Luftdüsenplatte 6.5 kegelig aus- geführt und bildet gemeinsam mit der Luftdüsenplatte 6.5 zwei sich spie- gelbildlich gegenüberliegende Luftdüsen 13. Die zu beiden Längsseiten der Kapillaren 7.2 ausgebildeten Luftdüsen 13 erstrecken sich über die Längs- seite des Trägergehäuses 6 derart, dass an jeder durch die Kapillare 7.2 ge- bildeten Extrusionsöffnungen 7.1 eine Prozessluft beidseitig zuführbar ist.

Die Prozessluft wird zu beiden Seiten der Extrusionsdüsen 7 durch jeweils eine Luftkammer 8 und einen Luftkanal 9 den Luftdüsen 13 zugeführt. Die Luftkanäle 9 durchdringen die Extrusionsplatte 6.4, die Lilterplatte 6.2 und die Einlassplatte 6.1 bis zu einer Oberseite der Einlassplatte 6.1. An der Oberseite der Einlassplatte 6.1 ist jedem Luftkanal 9 ein Kanalanschluss 22 zugeordnet. Die Kanalanschlüsse 22 sind mit äußeren Kanalsegmenten 18 verbunden, die an einem Heizgehäuse 20.1 befestigt sind.

Wie aus der Darstellung in Lig. 7 hervorgeht, ist das Trägergehäuse 6 bis auf eine Unterseite innerhalb des Heizgehäuses 20.1 angeordnet. Das Heiz- gehäuse 20.1 bildet einen Heizmantel 20.2, der mit einem Wärme träger fluid befällt ist. Das Wärme trägerfluid wird in einem Kreislauf einer Wärmeträ- gerheizeinrichtung 20 geführt, um das Trägergehäuse 6 zu beheizen. Somit lässt sich der Trägergehäuse 6 bis auf die Unterseite umschließen und be- heizen. An dieser Stelle sei ausdrücklich gesagt, dass eine Wärmeträgerheizeinrich- tung alternativ auch das Ausführungsbeispiel des Trägergehäuses nach Lig. 2 und 3 beheizen könnte. Wie aus der Darstellung in Fig. 6 hervorgeht, umschließt die Wärmeträger- heizeinrichtung 20 das komplette Trägergehäuse 6. Hierbei sind die Ka- nalsegmente 18 zur Zuführung einer Prozessluft segmentförmig am Heiz- gehäuse 20.1 verteilt angeordnet. Jeder der Kanalsegmente 18 ist mit einer hier nicht dargestellten Prozessluftquelle verbunden.

Aus den Heizgehäusen 20.1 ragen mehrere Einlassleitungen 23.1, 23.2 und 23.3 heraus. Die Einlassleitungen 23.1 bis 23.3 sind mit einer Schmelzefor- dereinrichtung 2 gekoppelt, um eine Kunststoffschmelze dem Trägergehäu- se 6 zuzuführen. Im Innern de Extrusionseinrichtung 3 sind jedem der Ein- lasskanäle 23.1 bis 23.3 eine Schmelzeverteilkammer 1 1 zugeordnet, wie in Fig. 7 dargestellt. Insoweit sind über die Länge der Extrusionsplatte 6.4 mehrere segmentförmig ausgebildete Schmelzeverteilkammern 11 vorgese- hen.

Bei dem in Fig. 6 und 7 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Extru- sionsdüsen 7 ebenfalls ein Mindestabstand zueinander auf, um eine gegen- seitige Beeinflussung benachbarter Extrusionsöffnungen zu vermeiden. Die Extrusionsöffnungen sind derart zueinander angeordnet, dass eine Loch- dichte im Bereich von 3 Öffnungen pro Quadratzoll bis max. 36 Öffnungen pro Quadratzoll eingehalten ist. So würde bei einreihiger Anordnung der Extrusionsöffnungen ein Mindestabstand von ca. 5 mm eingehalten, der sich bei großen Kunststoffpartikeln bis zu 25 mm vergrößern kann. Damit wird sichergestellt, dass keine gegenseitige Beeinflussung der jeweils an einem der Extrudate wirkende Luftströmungen eintritt. Insoweit werden eine gleichmäßige Zerteilung des Extrudats und damit eine gleichförmige Artikelgröße der Kunststoffpartikel erzielt. Die erfmdungsgemäße Vorrichtung ist besonders geeignet, um bei der Mik- ropelletierung eine relativ gleichmäßige Partikelgröße der Kunststoffparti- kel herzustellen. Durch Austausch der Extmsionsdüsen bzw. der Extrusi- onsplatte sind verschiedene Größen von Kunststoffpartikeln herstellbar. Insbesondere lassen sich mit erfindungsgemäßen Vorrichtungen Kunst- stoffpartikel in dem Größenbereich von 40 pm bis max. 500 pm industriell in großen Mengen herstellen.

Claims

Patentansprüche

Vorrichtung zur Mikropelletierung von Kunststoffpartikel mit einer Schmelzerzeugereinrichtung (1), mit einer Schmelzfördereinrichtung (2), mit einer Extrusionseinrichtung (3), mit einer Absaugeinrichtung (4) und mit einer Pelletsammeleinrichtung (5), wobei die Extrusions- einrichtung (3) eine Vielzahl von Extrusionsdüsen (7) mit jeweils ei- ner Extrusionsöffnung (7.1) und den Extrusionsdüsen (7) zugeordnete Luftdüsen (13) aufweist, die unmittelbar mit einer Säugöffnung (4.1) der Absaugeinrichtung (4) Zusammenwirken, dadurch gekennzeichnet, dass die Extrusionsöffnungen (7.1) an einer Extrusionsplatte (6.4) mit einer Lochdichte in einem Bereich von 3 Öffnungen pro Quadratzoll bis 36 Öffnungen pro Quadratzoll ausgebildet sind.

Vorrichtung nach Anspmch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Extrusionsöffnungen (7.1) über eine Länge der Extrusionsplatte (6.4) von maximal 2000 mm verteilt angeordnet sind und dass den Extrusi- onsöffnungen (7.1) über die Länge der Extrusionsplatte (6.4) mehrere Schmelzverteilkammern (11.1, 11.2, 11.3) und mehreren den

Schmelzverteilkammern (11.1, 11.2, 11.3) zugeordnete Schmelzein- lässe (10.1, 10.

2, 10.

3) zugeordnet sind.

Vorrichtung nach Anspmch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Extmsionsöffnungen (7.1) und die zugeordneten Luftdüsen (13) in einer mehrreihigen Anordnung über eine Breite der Extmsionsplatte (6.4) von maximal 300mm verteilt angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich- net, dass die Extrusionsdüsen (7) jeweils eine Kapillare (7.2) aufwei- sen, die einen mittleren Innendurchmesser d und eine Länge (L) im Bereich von 0,8 d bis 15 d aufweisen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich- net, dass die Extrusionseinrichtung (3) zur Aufnahme der Extrusions- platte (6.4) ein quaderförmiges Trägergehäuse (6) aufweist, das an ei- ner Längsseite zumindest eine Prozessluftzuführung (17) oder an ge- genüberliegenden Längsseiten jeweils eine Prozessluftzuführung (17) aufweist, die mit den Luftdüsen (13) verbunden ist.

6. Vorrichtung nach Anspmch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Pro- zessluftzuführung (17) durch einen Luftkanal (9) ausgebildet ist, der sich parallel zu der Extrusionsplatte (6.4) innerhalb des Trägergehäu- ses (6) erstreckt.

7. Vorrichtung nach Anspmch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Pro- zessluftzufühmng (17) mehrere Kanalsegmente (18) aufweist, die von außen gehalten sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeich- net, dass dem Trägergehäuse (6) eine elektrische Heizeinrichtung (16) zugeordnet ist und dass die Heizeinrichtung (16) mehrere elektrische Heizstäbe oder mehrere elektrische Heizplatten (16.1) innerhalb oder außerhalb des Trägergehäuses (6) aufweist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeich- net, dass dem Trägergehäuse (6) eine Wärmeträgerheizeinrichtung (20) zugeordnet ist und dass die Wärmeträgerheizeinrichtung (20) ei- nen das Trägergehäuse (6) zumindest teilumschließenden Heizmantel (20.2) aufweist, in welchem ein Wärme trägerfluid geführt ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeich- net, dass die Schmelzerzeugereinrichtung (1) derart ausgebildet ist, dass eine Polymerschmelze mit einem Schmelzfließfähigkeitsindex (MFI) im Bereich von 2 g/l0min bis 20 g/lO min erzeugbar ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Pelletsammeleinrichtung (5) einen Fliehkraft- abscheider (5.1) mit einem Pelletauslass (5.2) aufweist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 dadurch gekenn- zeichnet, dass die Absaugeinrichtung (4) innerhalb einer Säugöffnung (4.1) einen Siebrahmen (4.3) aufweist, der an einer Unterseite (21) am Trägergehäuse (6) gehalten ist und die Extrusionsöffnungen (7.1) ein- schließt.