DE4428867A1 - Maschine zur direkten Verarbeitung von unzerkleinerten oder grob vorzerkleinerten thermoplastischen Formteilen und Halbzeugen zu neuen Fertigteilen oder Halbzeugen aus Kunststoffen - Google Patents
Maschine zur direkten Verarbeitung von unzerkleinerten oder grob vorzerkleinerten thermoplastischen Formteilen und Halbzeugen zu neuen Fertigteilen oder Halbzeugen aus KunststoffenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Maschine zur direkten Wieder- oder Weiterverarbeitung von
Altprodukten aus Formteilen und Halbzeugen aus Kunststoffen zu neuen Fertigteilen
oder Halbzeugen.
Bei der Maschine handelt es sich um Extruder oder Spritzgießmaschinen, deren
Einzugsbereich so gestaltet ist, daß auch größere Kunststoffpartikel und unzerkleinerte
Formteile nach einer Aufbereitung mit Heißluft direkt verarbeitet werden können.
Die in der Praxis existierenden Recyclinganlagen arbeiten alle mit einer mechanischen
Vor- oder Feinzerkleinerung mittels Shredder und/oder Mühlen. Anschließend wird das
Material meist über einen Extruder und eine Granulierstrecke oder einen Agglomerator
zu einem wiederverarbeitbaren Halbzeug (Granulat oder Agglomerat) aufbereitet. Die
Verarbeitung des so gewonnen Materials erfolgt dann in einem weiteren separaten
Verfahrensschritt in der Regel mittels einer konventionellen Spritzgießmaschine oder
eines konventionellen Extruders.
Beim werkstofflichen Kunststoffrecycling wird versucht mit herkömmlichen
Verarbeitungsmaschinen (Extrudern und Spritzgießmaschinen), nach einer mehr oder
minder aufwendigen Aufbereitung, die anfallenden Altkunststoffe zu verarbeiten. Da die
Verarbeitungsmaschinen in der Regel auf die Verarbeitung von Granulat ausgelegt sind,
müssen die Altkunststoffe durch geeignete Zerkleinerungsmaschinen in eine dem
Granulat ähnliche Form gebracht werden. Die mechanische Zerkleinerung von
Kunststoffen, wie sie in den bisher bestehenden Anlagen eingesetzt wird, hat jedoch
entscheidende Nachteile. Durch den enormen Energieverbrauch beim
Zerkleinerungsvorgang ergeben sich hohe Betriebskosten, die durch den hohen
maschinentechnischen Aufwand einer Mühle noch weiter erhöht werden. Hinzu kommt
die Materialschädigung durch thermisch-oxidativen Angriff, insbesondere bei der
Feinzerkleinerung durch Oberflächenvergrößerung und Wärmeentwicklung beim
Mahlen. Es bietet sich deshalb an, die Maschinen auf die Verarbeitung von
unzerkleinerten oder nur grob vorzerkleinerten Altteilen anzupassen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Maschine der eingangs erwähnten
Art zu schaffen, nach der eine Recyclinganlage gebaut werden kann, die eine
energetisch und wirtschaftlich günstige Aufbereitung von Altkunststoffen ohne eine
mechanische Feinzerkleinerung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Verarbeitungsmaschine
geschaffen wird, die die zu verwertenden Kunststoffteile unzerkleinert oder lediglich
grob vorzerkleinert verarbeiten kann. Entscheidend hierbei ist der Einzug des Materials
durch Extruder oder Spritzgießmaschine. Damit größere Kunststoffpartikel eingezogen
werden können, müssen sie zwischen die Schneckenstege gelangen. Deshalb wird das
Material im Einzugsbereich angesaugt. Dadurch wird erreicht, daß die
Kunststoffpartikel nicht einfach auf den Schneckenstegen liegen bleiben und den
Zuführungsschacht verstopfen, sondern in die Hohlräume zwischen den
Schneckenstegen gezogen werden. Die Kunststoffpartikel (z. B. Materialstreifen aus
Shredder) werden erfaßt und eingezogen. Materialteile, die durch die
Schneckengeometrie bis zu den Ansaugbohrungen an der Zylinderwand gelangen,
können durch die aus der Ansaugung resultierenden höheren Reibung zwischen
Zylinderwand und Material, bei erhöhtem Förderwirkungsgrad problemlos in die
Plastifizierzone gefördert werden. Damit ein Zusetzen der Ansaugpunkte durch bereits
plastifiziertes Material verhindert wird, muß auf die Temperaturführung im
Einzugsbereich geachtet werden.
Es sind drei grundsätzlich unterschiedliche Ansaugsysteme möglich.
Einerseits können die Ansaugpunkte hinter (bei einer Materialzuführung von oben an
der Unterseite des Zylinders) der oder den Schnecken angebracht werden, um z. B.
Partikel von streifenförmigem Material aus Shreddergut mit einem Ende zwischen die
Schneckenstege zu bringen. Dadurch können insbesondere diese Materialstreifen von
der Schnecke erfaßt und anschließend selbständig eingezogen und weitertransportiert
werden.
Eine weitere Möglichkeit ist das Anbringen von seitlichen Einzugstaschen oder eine
Vergrößerung des Zylinderdurchmessers bei gleichbleibendem Schneckendurchmesser.
Dadurch kann mehr Material auf beiden Seiten der Schnecke bzw. des Schneckenpaares
in den Einzugsbereich gelangen. Da die Kunststoffpartikel relativ groß sind, können sie
auch bei einem größeren Spalt zwischen Zylinderwand und Schneckensteg noch erfaßt
werden. In diesem Fall ist es angebracht die Ansaugpunkte an den Seitenflächen der
Zylinderwand anzubringen, damit z. B. bei großflächigen Folienteilen ein Verstopfen des
Einzugsbereichs verhindert wird. Wird ein Doppelschneckenextruder eingesetzt sollten
konische Schnecken verwendet werden, um den Kerndurchmesser der Schneckenwellen
im Einzugsbereich nicht zu sehr verjüngen zu müssen.
Die dritte Variante ist die Verwendung einer zusätzlichen Einzugsschnecke als
Einzugshilfe sowohl für Einschnecken- als auch für Zweischneckenmaschinen. Dabei ist
auch der Einsatz konventioneller Plastifizierschnecken bzw. -schneckenpaaren möglich.
Diese Einzugsschnecke kann in verkürzter Bauform ausgeführt sein und ist tief
geschnitten. Sie hat die Aufgabe das Material einzuziehen und im Einzugsbereich zu
fördern und der Plastifizierschnecke bzw. dem Plastifizierschneckenpaar zu übergeben.
Die Einzugsschnecke kann sowohl über, unter oder seitlich neben der oder den
Plastifizierschnecken angeordnet sein.
Bei Einsatz einer Einzugsschnecke in Verbindung mit einer oder mehreren
Plastifizierschnecken muß der Ansaugstrom so geführt werden, daß das Material auf der
Innenseite des Extruderzylinders bis auf die Einzugsschnecke gesaugt wird.
Eine weitere Verbesserung des Einzugsverhaltens erreicht man durch eine
Materialvorbehandlung nach Patentanmeldung P 43 27 164.2. Dabei wird durch eine Er
wärmung und Erweichung des Materials das Verformungsverhalten des Kunststoffs
verbessert, so daß sich das Material im Einzugsbereich leichter einziehen und stärker
verdichten läßt.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile können wie folgt zusammengefaßt
werden:
- - Einsparung der Verfahrensschritte zur Zerkleinerung des Materials mit konventionellen mechanischen Zerkleinerungsmaschinen (Shredder, Mühlen) beim werkstofflichen Kunststoffrecycling
- - Verarbeitung von Materialien mit geringen Schüttdichten bei hohen Durchsätzen
- - Möglichkeit der direkten Verarbeitung von unzerkleinertem bzw. nur grob vorzerkleinertem Material
- - geringere Materialschädigung durch sanfte Aufbereitung und Verzicht auf Granulierung durch Direktverarbeitung
- - Kombination unterschiedlicher Wirkprinzipien zur Erzielung von Mehrfachnutzen bei der Durchführung von Aufbereitungs- und Verarbeitungsmaßnahmen:
- - gleichzeitige Verdichtung, Trocknung, Einzug und Förderung des Materials in den Plastifizierbereich der Verarbeitungsmaschine
- - Verbesserung des Einzugsverhalten von schwer rieselfähigem Material durch Materialansaugung im Einzugsbereich von Extrudern und Spritzgießmaschinen
- - energetisch günstige Aufbereitung und Verarbeitung insbesondere durch:
- - die Möglichkeit des Verzichts auf konventionelle mechanische Zerkleinerung (Shreddern, Mahlen)
- - Verzicht auf Granulierung durch Anwendung der Direktverarbeitung im Anschluß an die Aufbereitung des Materials
- - umweltgerechte Aufbereitung und Verarbeitung durch Anwendung energetisch günstiger Verfahrensvarianten
- - geringe Investitionskosten beim Bau einer Recyclinganlage durch Zusammenfassen von Verfahrensschritten und Verzicht auf konventionelle Zerkleinerung, Trocknung und Granulierung
- - geringer Platzbedarf durch Verzicht auf bzw. Kombination von Verfahrensschritten der konventionellen Aufbereitung beim werkstofflichen Recycling (Möglichkeit zur kompakten Bauweise einer gesamten Recyclinganlage)
- - Senkung der Betriebskosten durch:
- - geringen personellen und maschinentechnischen Aufwand energetisch günstige Verfahrensführung des gesamten Recyclingprozesses
- - größere Wirtschaftlichkeitsspanne des Materialrecyclings (werkstoffliches Recycling) durch die Möglichkeit der Direktverarbeitung:
- - Verarbeitung des zurückgewonnen Werkstoffs unmittelbar nach dem Aufbereitungsprozeß (Einsparungen bei Verarbeitung, Distribution und Lagerung)
- - Anpassung des Aufbereitungsaufwands an Qualitätsanforderungen des Endprodukts (Ziel des Recyclingverfahrens ist nicht die Gewinnung eines wiederverwendbaren Materials mit maximalen Werkstoffeigenschaften zu einem Preis der meist über dem von Neuware liegt, sondern die Herstellung eines Produkts mit vorher festgelegten Eigenschaften)
- - geringere Absatzschwierigkeiten bei der Herstellung von marktfähigen Produkten im Vergleich zum Absatz von Rezyklaten beim konventionellen Materialrecycling
Im folgenden wird das Verfahren an Hand von Ausführungsbeispielen noch näher
beschrieben.
Die drei grundsätzlich unterschiedlichen konstruktiven Varianten zur Gestaltung des
Einzugsbereichs werden an drei Ausführungsbeispielen erläutert.
In der Praxis kann die Maschine in eine Recyclinanlage integriert werden, die eine
Aufbereitungs- und eine Verarbeitungseinheit besitzt. Die Verarbeitungseinheit besteht
aus einer Spritzgießmaschine oder einem Extruder mit Nachfolgeeinrichtung.
Dieses in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel besteht aus einer Spritzgießmaschine
mit einem im Einzugsbereich im Durchmesser erweiterten Spritzaggregat mit einem tief
geschnittenen Schneckenbereich. Das durch Shreddern in Streifenform vorzerkleinerte
Material kann durch die im Einzugsbereich tief geschnittene Schnecke eingezogen
werden, da der Ansaugstrom die einzelnen Streifen mit einem Ende zwischen die
Schneckenstege fördert. Die Materialstreifen werden durch seitliche Ansaugpunkte
zunächst in eine Einzugstasche gesaugt und können dann von der Schnecke erfaßt und
eingezogen werden. Der Materialeinzug wird durch zusätzliche Ansaugpunkte auf der
Unterseite des Zylinders unterstützt, die den Förderwirkungsgrad der Schnecke im
Einzugsbereich erhöhen. Nach der Plastifizierung des Kunststoffs sorgen Scherteile in
der Austragszone für eine ausreichende Homogenisierung. Das vorzerkleinerte
Flaschenmaterial wird direkt zu Eimern verarbeitet. Durch eine Vorbehandlung des
Materials mittels Heißluft wird das Material erweicht, wodurch es sich leichter
einziehen läßt. Damit es zu keinem Materialstau kommt wird das Material
diskontinuierlich der Spritzgießmaschine zugeführt.
Diese Ausführungsvariante läßt sich auch mit einem Einschneckenextruder
verwirklichen. Eine diskontinuierliche Materialzuführung ist dann nicht erforderlich.
Ausführungsbeispiel 2 (siehe Fig. 2) besteht aus einem konischen Einschneckenex
truder mit einer im Einzugsbereich tief geschnittenen Schnecke und einem
Ansauggebläse. Dieses Maschinenprinzip kann in einer weiteren Variante auch mit
einem konischen Doppelschneckenextruder realisiert werden.
Das Material wird von oben über einen Schacht dem Extruder zugeführt. Die
Ansaugbohrungen liegen unter der Schnecke bzw. dem Schneckenpaar, so daß das
Material im Einzugsbereich zwischen die Schneckenstege in den Extruderzylinder
gesaugt wird. Mit diesen Maschinenvarianten lassen sich beispielsweise warmgeformte
Becher verarbeiten, die zuvor in einem Heißluftstrom eingeschrumpft wurden. Es bietet
sich daher an, den Ansaugstrom als Heißluftstrom auszustatten. Allerdings ist darauf zu
achten, daß die Temperatur des Heißluftstroms nicht zu hoch ist und die
Kunststoffpartikel die Ansaugbohrungen im Extruderzylinder verstopfen.
Das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel besteht aus einem konventionellen
Doppelschneckenextruder mit untenliegender Einzugsschnecke. Das Material wird
dabei von oben aufgegeben. Es wird erfahrungsgemäß schlecht von dem
konventionellen Schneckenpaar eingezogen, so daß sich ein Massepolster ausbilden
kann. Durch dieses Massepolster bildet sich ein Unterdruck aus, der die Ansaugwirkung
verstärkt. Die Ansaugluft wird entlang der Zylinderwand des Extruders nach unten auf
die Einzugsschnecke geführt. Es wird dabei sichergestellt, daß die Kunststoffpartikel
nicht auf den Schneckenstegen liegen bleiben und den Zuführungsschacht verstopfen
sondern an den Seiten nach unten zur Einzugsschnecke gesaugt werden. Diese erfaßt die
Kunststoffpartikel, baut die Materialförderung auf und übergibt das Material dem
Schneckenpaar, das die Plastifizierung und Homogenisierung des Materials bewirkt.
Mit dieser Ausführungsvariante lassen sich besonders gut Folienabfälle verarbeiten.
Claims (15)
1. Maschine zur direkten Verarbeitung von unzerkleinerten oder grob vorzerkleinerten
thermoplastischen Formteilen und Halbzeugen zu neuen Fertigteilen oder
Halbzeugen aus Kunststoffen
dadurch gekennzeichnet, daß
diese Maschine ein Extruder oder eine Spritzgießmaschine ist, bei der das
Kunststoffmaterial im Einzugsbereich über einen Luft- oder sonstigen Förderstrom
zwischen die Schneckenstege gegen die Zylinderwand angesaugt und dadurch
verdichtet wird und durch die Schnecke mit einem aus der Ansaugung resultierenden
- durch Erhöhung der Reibung zwischen Material und Zylinderwand - verbesserten
Förderwirkungsgrad im Einzugsbereich gefördert werden kann.
2. Maschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Luftstrom zum Ansaugen des Materials über Bohrungen im Zylinder des
Extruders bzw. der Spritzgießmaschine abgesaugt wird, um eine Ansaugwirkung im
Einzugsbereich der Verarbeitungsmaschine und eine Trennung von Ansaugluft und
Material zu erreichen.
3. Maschine nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Ansaugbohrungen durch Siebe abgedeckt werden, um ein Verstopfen dieser
Bohrungen zu verhindern.
4. Maschine nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Bereich des Zylinders der Verarbeitungsmaschine, in dem sich die
Ansaugbohrungen befinden, temperiert wird, um ein Verstopfen dieser Bohrungen zu
verhindern.
5. Maschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Zylinder der Verarbeitungsmaschine im Einzugsbereich zusätzlich mit Nuten
und/oder Aussparungen und/oder Einzugstaschen und/oder mit einem größeren
Durchmesser versehen wird um die Förderung des Materials im Einzugsbereich
weiter zu verbessern.
6. Maschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Luftstrom zum Ansaugen des Kunststoffmaterials aus Heißluft besteht, um das
Einzugsverhalten, durch das Erweichen des Kunststoffs bei höheren Temperaturen,
zu verbessern.
7. Maschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Heißluftstrom gleichzeitig zum Trocknen des Materials genutzt wird.
8. Maschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Maschine mit einer oder mehreren durchgehenden und/oder verkürzten
Schnecken ausgestattet sein kann, die teilweise oder alle im Einzugsbereich tiefer
geschnitten sind, um größere Partikel besser aufnehmen zu können.
9. Maschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
zum Einzug des Materials neben der oder den Schnecken einer herkömmlichen Ein-
oder Zweischneckenmaschine eine oder mehrere weitere verkürzte oder
durchgehende Einzugsschnecken eingesetzt werden, die im Einzugsbereich in einem
erweiterten Zylinder parallel oder schräg zu der oder den übrigen Schnecken
angeordnet sind.
10. Maschine nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Einzugsschnecke(n) sowohl über, unter oder seitlich neben der oder den übrigen
Schnecken angeordnet sind.
11. Maschine nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Einzugsschnecke(n) tief geschnitten ist (sind), um das Material einziehen und der
oder den übrigen Schnecken zur Plastifizierung übergeben zu können.
12. Maschine nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Ansaugstrom so geführt wird, daß das Material auf der Innenseite der
Zylinderwand bis zu der oder den Einzugsschnecken geführt wird.
13. Maschine nach den Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Ansaugstrom beidseitig oder auf einer Seite der obenliegenden
Plastifizierschnecke(n) geführt wird, um das Material in die Einzugsschnecke zu
saugen und ein Materialstau im Zuführungsschacht zu vermeiden.
14. Maschine nach den Ansprüchen 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Ansaugstrom so geführt wird, daß das Material direkt auf die Einzugsschnecke(n)
oder auf den tiefgeschnittenen Bereich der Plastifizierschnecke(n) gesaugt wird.
15. Maschine nach den Ansprüchen 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Materialförderung im Einzugsbereich, durch zunehmende Anhäufung der im
Zylinder befindlichen Ansaugbohrungen in Förderrichtung der
Verarbeitungsmaschine und/oder Verstärkung des Ansaugstroms mit zunehmender
Entfernung vom Trichter, unterstützt wird.
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Publications (1)
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE4428867A1 (de) |
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