DE3233416C3 - Schneckenpresse zur Verarbeitung von Kunststoffen - Google Patents

Schneckenpresse zur Verarbeitung von Kunststoffen

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schneckenpresse zur Verarbeitung von Kunststoffen, mit einer Vorrichtung für die Materialzuführung und einem Einrichtungen zum Plastifizieren der Kunststoffe aufweisenden, am Ausstoßende mit einer Formdüse versehenen Zylinder, wobei die Vorrichtung aus mehreren Materialeinzugswerken besteht, die jeweils mindestens ein antreibbares, einen Einzugsspalt begrenzendes, in einem Gehäuse um horizontale Achsen drehbar gelagertes Walzenpaar oder eine um eine vertikale Achse drehbare und antreibbare Stopfschnecke aufweisen.
Kunststoff wird als Granulat, Pulver oder Paste durch einen dem Zylinder zugeordneten Materialtrichter der im Zylinder drehbar gelagerten und antreibbaren Schnecke zugeführt.
Obwohl die Materialzuführung im allgemeinen im freien Fall erfolgt, so kann diese auch als eine Zwangszuführung durch die Anwendung von sog. Stopfschnecken oder Einzugswalzen - je nach Materialart und Materialform - ausgebildet sein.
Bedingt durch Produkt- und Verfahrensforderungen werden durch den Materialtrichter der Schneckenpresse häufig Misch­ produkte aus Roh- und Füllstoffen, versehen mit Additiven, zugeführt. Diese Mischprodukte werden in Mischern der verschiedensten Ausführungen gemischt und dann dem Materialtrichter zugeführt. Beim Durchlaufen des Material­ trichters treten infolge der unterschiedlichen Dichte und der damit verbundenen unterschiedlichen Gewichte der einzelnen Materialteilchen Entmischungen auf, durch die die Qualität des Endproduktes beeinträchtigt wird.
Im Rahmen der heute angewandten Technologie und vor allen Dingen der Tatsache, daß Materialeinsparungen aus Gründen der besseren Rohstoffnutzung und der Kosteneinschränkungen betrieben werden müssen, ist es zur Regel geworden, sog. Rand- oder Formatierungsstreifen von bahnförmigen Materialien prozeßsynchron der Schneckenpresse im Recycling- Verfahren wieder zuzuführen. Dabei wird in der Regel nach vier Verfahrensrichtungen gearbeitet:
  • 1. Zerkleinerung der Randstreifen und Zumischung in den Materialtrichter;
  • 2. Zerkleinerung der Randstreifen und Zuführung über einen Bypass mittels einer Stopfschnecke in den Zylinder der Schneckenpresse;
  • 3. Plastifizierung der Randstreifen in einer externen kleineren Schneckenpresse mit anschließender Herstellung von Granulat und späterer Zuführung in den Materialtrichter der Hauptschneckenpresse;
  • 4. Plastifizierung der Randstreifen in einer kleineren Schneckenpresse, die über einen Bypass die plastifizierte Masse direkt dem Zylinder der Hauptschneckenpresse wieder zuführt.
Die unter 1. und 2. erwähnten Verfahren haben einen schlechten Wirkungsgrad, da die zerkleinerten Streifen und deren Restteile ein zu geringes Schüttgewicht und damit verbundene geringere Förderfähigkeit besitzen.
Das Verfahren nach Punkt 3 beinhaltet einen erheblichen Energie- und Investitionsaufwand. Die wiedergewonnenen Granulate besitzen nur noch die Qualität für den sog. zweiten Verwendungsgrad, d. h. sie können nur noch bei minderwertigen Produkten verwertet werden.
Das Verfahren nach Punkt 4 ist eine durchaus praktische Lösung. Es erfordert jedoch zur Durchführung einen erheb­ lichen Synchronisierungsaufwand mit der Hauptschnecken­ presse, so daß mit diesem Verfahren nicht unerhebliche Investitionskosten verbunden sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schnecken­ presse der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß Misch­ vorrichtungen für die verschiedenen Rohstoffarten entfallen, Entmischungen auf dem Transportweg zur Schnecke somit nicht auftreten können und der Einzug der verschiedenen Rohstoffarten in den Schneckenraum unabhängig voneinander gesteuert werden kann.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß ein Materialeinzugswerk für Kunststoffstreifen, ein Materialeinzugswerk für Kunststoffgranulat und ein Materialeinzugswerk für Füllstoffe vorgesehen ist und den Materialeinzugswerken für das Granulat und/oder für den Füllstoff jeweils ein Materialtrichter zugeordnet ist, der als Wärmetauscher ausgebildet ist, an dem an mindestens drei Stellen Temperaturfühler vorgesehen sind, deren Meßwerte in einem Prozeßrechner mit einem Temperatur-Soll- Wert verglichen werden, daß vom Prozeßrechner anhand einer Regelfunktion eine Vergleichmäßigung der Temperatur über den Wärmetauscher vorgenommen wird, daß die Walzenpaare oder die Stopfschnecke der Materialeinzugswerke einen drehzahlveränderbaren Antrieb aufweisen und daß eine Ein­ richtung zum Steuern der Drehzahl der Walzenpaare und der Stopfschnecken in Abhängigkeit vom Materialdruck in dem Raum der Materialeinzugswerke oberhalb der Schnecke und in Abhängigkeit von dem Verbrauch an Kunststoff in dem Materialtrichter vorgesehen ist, wobei die Meßwerte des Materialdruckes und des Rohstoffverbrauches in den Prozeßrechner eingegeben und in diesem mit Soll-Werten verglichen werden und wobei durch den Soll-Ist-Wert-Vergleich die Drehzahl der Walzen oder der Stopfschnecke der Einzugswerke gesteuert wird.
Die Drehzahlen der Walzen bzw. der Stopfschnecken der Einzugswerke können unabhängig voneinander gesteuert werden, so daß die Materialzufuhr jeder Materialart zum Schneckenraum der Schneckenpresse unabhängig von den anderen Materialarten gesteuert werden kann.
Für die Steuerung wird ein Prozeßrechner verwendet, dem als Meßwerte der Materialdruck im Innenraum der Einzugs­ werke zwischen den Walzen bzw. der Stopfschnecke und der Schnecke der Schneckenpresse sowie der Materialverbrauch im Materialtrichter eingegeben werden.
In dem Prozeßrechner, dem ferner die Soll-Werte für den Materialverbrauch und für den Materialdruck eingegeben wurden, findet ein Soll-Ist-Wert-Vergleich statt, über den dann bei Abweichungen von den Soll-Werten eine Steuerfunktion ausgelöst wird, durch die dann die Drehzahl der Walzen bzw. der Stopfschnecken der Einzugswerke beeinflußt werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 eine Teilansicht einer Schneckenpresse im Hori­ zontalschnitt, die mit drei Einzugswerken für Kunststoffrohmaterialien ausgerüstet ist,
Fig. 2 eine Abwandlung der Konstruktion nach der Fig. 1, bei der nur ein Einzugswerk für Kunststoff verwendet wird, und
Fig. 3 eine Schneckenpresse mit drei nebeneinander­ liegenden Einzugswerken für unterschiedliche Kunststoffarten, die mit einem Regel­ kreis ausgerüstet ist.
In den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbei­ spielen ist der Zylinder 1 mit Einrichtungen zum Plasti­ fizieren der Kunststoffe ausgerüstet und weist am Ausstoßende eine Formdüse 2 auf. In der mittigen Boh­ rung des Zylinders 1 ist drehbar und antreibbar eine Schnecke 3 gelagert, die sich auch über die Gesamtlänge der Materialeinzugswerke 4 erstreckt, die dem Zylinder 1 vorgeschaltet sind.
In den Ausführungsbeispielen sind dem Zylinder 1 jeweils drei Materialeinzugswerke nebeneinanderliegend vorgeschaltet, die in den vertikalen Ebenen 5 untereinander und mit dem Zylinder 1 zusammengeflanscht sind. An dem Außenflansch 6 des ersten Materialeinzugswerks ist der Schneckenantrieb befestigt. Die Flanschscheiben der ein­ zelnen Materialeinzugswerke und des Zylinders 1 sind über Schrauben 7 miteinander verbunden.
Jedes Materialeinzugswerk ist mit einem einen Einzugs­ spalt begrenzenden Walzenpaar 8 ausgerüstet, bei dem die Walzen um horizontale Achsen drehbar und antreibbar in einem Gehäuse 9 gelagert sind, das an einem horizontalen, zylindrischen Teil 10 befestigt ist, das mit einer mitti­ gen Aufnahmebohrung für die Schnecke 3 versehen ist.
Die Walzenpaare 8 haben die Aufgabe, die Schnecke 3 mit dem gewünschten Kunststoff kontrolliert zu ver­ sorgen und einen sich über den Bereich der Schnecke gegen die Formdüse 2 aufbauenden Materialdruck abzufangen. Hier­ durch wird erreicht, daß der an sich infolge der Schnecken­ gänge und des geometrischen Aufbaus der Schnecke pulsie­ rende Materialfluß eine Vergleichmäßigung erfährt.
Die Oberflächenbeschaffenheit der Walzen des Materialein­ zuges kann dem zur Verarbeitung gelangenden Kunststoff angepaßt sein. Hierdurch ergibt sich die Möglich­ keit, eine optimale Füllung des Schneckenraumes im Be­ reich des Materialeinzugswerks zu erreichen.
Der sich gegenüber der Formdüse 2 aufbauende Material­ druck wird mit geeigneten Meßwertaufnehmern an der Stel­ le 11, also in dem Raum zwischen dem Walzenpaar 8 des Materialeinzugswerks und der Schnecke 3 gemessen.
Das Ergebnis kann - je nach Steuerungsaufwand - zur Steuerung der Drehzahl der Walzenpaare 8 verwandt werden. Je­ des Walzenpaar kann mit einem eigenen drehzahlgeregelten Antrieb ausgerüstet sein. Es ist jedoch auch denkbar, mehrere Walzenpaare über einen gemeinsamen Antrieb mit regelbaren Untergetrieben auszurüsten.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 2 wird nur das vordere Materialeinzugswerk benutzt, während den beiden anderen Materialeinzugswerken kein Kunststoff zugeführt wird. Bei den beiden nicht benutzten Material­ einzugswerken ist das Gehäuse 9 mit dem Walzenpaar 8 ent­ fernt und der zylindrische Teil 10 mit einem Verschluß 12 gegenüber der Schnecke 3 ausgerüstet.
Bei der Schneckenpresse nach der Fig. 3 werden der Schnec­ ke 3 unterschiedliche Materialarten zugeführt.
Über den Materialtrichter 13 wird Material 14 in der Form von Füllstoffen bzw. von Additiven zugeführt. Über den Materialtrichter 15 wird Rohstoff 16 in der Form von Gra­ nulat in die Schneckenpresse eingespeist.
Die Materialtrichter 13 und 15 können als Wärmetauscher ausgebildet sein und dienen der Erwärmung des Materials 14 und 16, so daß eine leichtere Verarbeitung in den Materialeinzugswerken gegeben ist.
Ferner können den Materialtrichtern 13, 15 Verbrauchs­ kontrollen 17 in Form von Waageeinrichtungen zugeord­ net werden. Durch diese Waageeinrichtungen wird der Verbrauch an Rohmaterial in den Materialtrichtern 13 und 15 gemessen.
Über eine Walze 18 wird dem vorderen Materialeinzugs­ werk 4 ein Kunststoffrandstreifen 19 zugeführt. Dieser Randstreifen passiert den Einzugsspalt zwischen dem Walzenpaar 8 und wird der Schnecke 3 aufgegeben.
Es ist möglich, mehrere Kunststoffrandstreifen durch den von dem Walzenpaar 8 begrenzten Einzugsspalt hindurch­ zuführen. Hierbei kann es vorkommen, daß die Kunststoff­ randstreifen eine unterschiedliche Dicke besitzen. Dies kann zur Folge haben, daß der dünnere Kunststoffrand­ streifen von dem Walzenpaar nicht ordnungsgemäß trans­ portiert wird. Um dies zu verhindern, ist das Gehäuse 9 des Materialeinzugswerks mit einer Einzugsdüse 20 aus­ gerüstet, die in dem Gehäuse um eine vertikale Achse, wie durch den Pfeil 21 angedeutet, drehbar gelagert und antreibbar ist. Bei der Rotationsbewegung der Einzugs­ düse 20 wird ein Zusammendrehen mehrerer Kunststoffrand­ streifen 19 erreicht, so daß dem Einzugsspalt des Walzen­ paares 8 ein aus mehreren Randstreifen zusammengedrehter Strang zugeführt wird.
Eine derartige Strangbildung kann auch dadurch erreicht werden, daß das Gehäuse 9 um eine vertikale Achse drehbar auf dem zylindrischen Teil 10 gelagert und antreibbar ist. Die Rotationsbewegung des Gehäuses 9 wird durch den Pfeil 22 angedeutet.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 3 ist der Schneckenpresse eine Regel- und Steuereinrichtung zu­ geordnet, die einen Prozeßrechner 23 aufweist. In die­ sem Prozeßrechner können über die Funktionslinien 24 und 25 die Drehzahlen für die Walzenpaare 8 und für die Förderung der Kunststoffrandstreifen 19 kontrol­ liert und gesteuert werden.
Diese Steuerung erfolgt in Abhängigkeit vom Material­ druck in dem Raum der Materialeinzugswerke 4 oberhalb der Schnecke 3 und in Abhängigkeit von dem Verbrauch an Kunststoffen, der durch die Waageeinrichtungen 17 gemessen und längs der Funktionslinien 26 in den Prozeßrechner eingegeben wird. Der an der Stelle 11 ge­ messene Materialdruck wird über die Funktionslinie 27 dem Prozeßrechner 23 eingegeben.
In dem Prozeßrechner werden die Meßwerte des Material­ drucks und des Rohstoffverbrauchs mit Soll-Werten ver­ glichen. Bei diesem Soll-Ist-Wert-Vergleich festgestell­ te Abweichungen werden zur Steuerung der Drehzahlen der Materialeinzugswerke bzw. der Streifenförderung verwendet.
Über eine Funktionslinie 28 findet eine Kontrolle der Materialtemperatur statt. Bei dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 3 sind über die Höhe des Materialtrichters 13 verteilt drei Temperaturfühler 29 angeordnet. Auch an dem Materialtrichter 15 werden mindestens drei Tempe­ raturmessungen vorgenommen, und diese Meßwerte werden dem Prozeßrechner 23 eingegeben. Im Prozeßrechner fin­ det ein Soll-Ist-Wert-Vergleich statt, wobei Abweichungen von den eingegebenen Soll-Werten eine Regelfunktion zur Vergleichmäßigung der Temperatur in den Materialtrich­ tern auslösen.

Claims (11)

1. Schneckenpresse zur Verarbeitung von Kunststoffen mit einer Vorrichtung für die Materialzuführung und einem Einrichtungen zum Plastifizieren der Kunststoffe aufweisenden, am Ausstoßende mit einer Formdüse versehenen Zylinder, wobei die Vorrichtung aus mehreren Materialeinzugswerken besteht, die jeweils mindestens ein antreibbares, einen Einzugsspalt begrenzendes, in einem Gehäuse um horizontale Achsen drehbar gelagertes Walzenpaar oder eine um eine vertikale Achse drehbare und antreibbare Stopfschnecke aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Materialeinzugswerk (4) für Kunststoffstreifen, ein Materialeinzugswerk (4) für Kunststoffgranulat und ein Materialeinzugswerk (4) für Füllstoffe vorgesehen ist und den Materialeinzugs­ werken (4) für das Granulat und/oder für den Füllstoff jeweils ein Materialtrichter (13, 15) zugeordnet ist, der als Wärmetauscher ausgebildet ist, an dem an mindestens drei Stellen Temperaturfühler (29) vor­ gesehen sind, deren Meßwerte in einem Prozeßrechner (23) mit einem Temperatur-Soll-Wert verglichen werden, daß vom Prozeßrechner (23) anhand einer Regelfunktion eine Vergleichmäßigung der Temperatur über den Wärmetauscher vorgenommen wird, daß die Walzenpaare (8) oder die Stopfschnecken der Materialeinzugswerke (4) einen drehzahlveränderbaren Antrieb aufweisen und daß eine Einrichtung zum Steuern der Drehzahl der Walzenpaare (8) und der Stopfschnecken in Abhängigkeit vom Materialdruck in dem Raum der Materialeinzugswerke (4) oberhalb der Schnecke (3) und in Abhängigkeit von dem Verbrauch an Kunststoff in dem Materialtrichter vor­ gesehen ist, wobei die Meßwerte des Materialdruckes und des Rohstoffverbrauches in den Prozeßrechner (23) eingegeben und in diesem mit Soll-Werten verglichen werden und wobei durch den Soll-Ist-Wert-Vergleich die Drehzahl der Walzen oder der Stopfschnecke der Einzugswerke gesteuert wird.
2. Schneckenpresse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem mit Einrichtungen zum Plastifizieren der Kunststoffe versehenen Zylinder (1) mehrere Material­ einzugswerke (4) nebeneinanderliegend vorgeschaltet sind und sich eine gemeinsame Schnecke (3) über die gesamte Länge der Einzugswerke (4) und des Zylinders (1) erstreckt.
3. Schneckenpresse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialeinzugswerke (4) aneinandergeflanscht sind und an dem Außenflansch (6) des ersten Material­ einzugswerkes der Schneckenantrieb befestigt ist.
4. Schneckenpresse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Materialeinzugswerk für Kunststoffstreifen, ein Materialeinzugswerk für Kunststoffgranulat und ein Materialeinzugswerk für Füllstoffe vorgesehen sind.
5. Schneckenpresse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem Walzenpaar (8) ausgerüstete Gehäuse (9) an einem horizontalen, zylindrischen, mit einer mittigen Aufnahmebohrung für die Schnecke (3) versehenen Teil (10) befestigt ist.
6. Schneckenpresse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (9) oberhalb des Walzenpaars (8) eine Einzugsdüse (20) aufweist, die in dem Gehäuse um eine vertikale Achse drehbar gelagert und antreibbar ist.
7. Schneckenpresse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (9) um eine vertikale Achse drehbar auf dem zylindrischen Teil (10) gelagert und antreibbar ist.
8. Schneckenpresse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzenpaare (8) oder die Stopfschnecken der Materialeinzugswerke (4) einen drehzahl­ veränderbaren Antrieb aufweisen.
9. Schneckenpresse nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Steuern der Drehzahl der Walzenpaare (8) oder der Stopfschnecken der Materialeinzugswerke in Abhängigkeit vom Druck des Materials in dem Raum der Einzugswerke oberhalb der Schnecke (3).
10. Schneckenpresse nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Steuern der Drehzahl der Walzenpaare (8) und der Stopfschnecke in Abhängigkeit vom Materialdruck in dem Raum der Materialeinzugswerke (4) oberhalb der Schnecke (3) und in Abhängigkeit von dem Verbrauch an Kunststoff in dem Materialtrichter, wobei die Einrichtung einen Prozeßrechner (23) aufweist, in den die Meßwerte des Materialdruckes und des Rohstoff­ verbrauchs eingegeben werden, in dem ein Soll-Ist-Wert- Vergleich vorgenommen wird und durch den die Drehzahl der Walzen oder der Stopfschnecke der Einzugswerke gesteuert wird.
11. Schneckenpresse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Materialeinzugswerken (4) für das Granulat und/oder für den Füllstoff jeweils ein Materialtrichter (13, 15) zugeordnet ist, der als Wärmetauscher aus­ gebildet ist, an dem an mindestens drei Stellen Temperatur­ fühler (29) vorgesehen sind, deren Meßwerte im Prozeß­ rechner (23) mit einem Soll-Wert verglichen werden, und daß vom Prozeßrechner (23) eine Regelfunktion zur Vergleichmäßigung der Temperatur vorgenommen wird.
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