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DE2351328A1 - Verfahren und einrichtung zum verarbeiten von zuvor unzerkleinerten thermoplastischen kunststoffabfaellen (altmaterial) in einschnecken-extrudern - Google Patents

Verfahren und einrichtung zum verarbeiten von zuvor unzerkleinerten thermoplastischen kunststoffabfaellen (altmaterial) in einschnecken-extrudern

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DE2351328A1
DE2351328A1 DE19732351328 DE2351328A DE2351328A1 DE 2351328 A1 DE2351328 A1 DE 2351328A1 DE 19732351328 DE19732351328 DE 19732351328 DE 2351328 A DE2351328 A DE 2351328A DE 2351328 A1 DE2351328 A1 DE 2351328A1
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DE
Germany
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screw
extruder
waste
old
area
Prior art date
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Pending
Application number
DE19732351328
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English (en)
Inventor
Arthur Frieges
Werner Dipl Ing Hoffmanns
Georg Prof Dr Ing Menges
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rheinisch Westlische Technische Hochschuke RWTH
Original Assignee
Rheinisch Westlische Technische Hochschuke RWTH
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Publication date
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Description

Vereinigung zur Förderung des Instituts für 73/7486 Kunststoffverarbeitung in Industrie und Handwerk an der Rhein.-Westf. Techn.Hochschule Aachen e.V., 51 Aachen, Pontstr. 49
Verfahren und Einrichtung zum Verarbeiten von zuvor unzerkleinerten thermoplastischen Kunststoffabfällen (Altmaterial) in Binse hne c ken-Extrud ern
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Verarbeiten von zuvor unzerkleinerten thermoplastischen Kunststoffabfallen (Altmaterial, Produktionsabfällen) in S ohne cken-Extrud ern.
Kunststoffabfälle werden vorzugsweise durch Verpackungen verursacht. Als Flaschen, Folien und in vielen anderen Formen werden sie nach einmaligem Gebrauch weggeworfen und belasten so den Müll. Die Wiederverwendung dieses Altmaterials erfordert bisher vor der Verarbeitung außer der Reinigung verschmutzter und gebrauchter Kunst st off produkte eine weit- .. gehende Zerkleinerung bzw. Granulierung. Dieser Vorgang bedingt aber einen erheblichen maschinellen Aufwand.
Es ist femer eine direkte Extrusion unzerkleinerter Folien bekannt, durch die aber auch nur Granulate bzw· Agglomerate erzeugt werden. Bei allen diesen bekannten Verfahren sind also vom Abfall bis zum daraus erstellten Gebrauchsgegenstand immer zwei thermische Belastungen erforderlich, die insbesondere für thermisch empfindliche Materialien sehr ungünstig sind.
Schließlich ist ein weiteres Verfahren bekannt, nach dem zerschnitzelte und unzerkleinerte Abfälle, die aber eine bestimmte Härte nicht überschreiten dürfen, für die unmittelbare Herstellung von Spritzgußteilen verwendet werden. Die bei diesem Ver-' fahren erreichbaren Förderwirkungsgrade" lasten jedoch die eingesetzten Extruder entsprechend ihrer Kapazität (bezogen auf die Verarbeitung von HeuSlaterial) nicht genügend aus. Wie Messungen ergeben haben, liegen die Durchsätze für reine Abfall-
,■■'■'■..■.■-■:. - 2 - :
Verarbeitung bei ca. 20 bis 30 <?o der mit dem verwendeten Extruder und reiner Meumaterialverarbeitung zu erreichenden Durchsätze'.
Der Anmeldung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bisher bekannten "Verfahren und Einrichtungen zu vermeiden, d.h. unzerkleinertes Abfallmaterial (Altmaterial) in einem einzigen Arbeitsgang unmittelbar zur Herstellung neuer Teile zu verwenden, dabei aber die eingesetzten Extruder mit ihrer vollen Kapazität auszulasten.
Gemäß der Erfindung ist diese Aufgabe durch ein Verfahren gelöst, das darin besteht, daß dem unzerkleinert zugeführten Altmaterial,, das erst im Einzugsbereich des Extruders zerkleinert wird, zusätzlich Neumaterial in solchen Mengen zugeführt wird, daß es den in der Schnecke vom Altmaterial jeweils nichtausgefüllten Förderraum in hohem Maße (bis zu 100 90 einnimmt.
Gemäß weiterer Ausgestaltung der Erfindung X3t zur Durchführung dieses Verfahrens eine Einrichtung vorgesehen, bei der das Extrudergehäuse im Materialeinzugsbereich mindestens zwei Öffnungen aufweist, durch die das Altmaterial und das Keumaterial der Extruderschnecke getrennt voneinander zugeführt sind. Dabei können diese Öffnungen entweder neben- oder auch hintereinander angeordnet sein.
Darüberhinaus ist es gemäß weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorteilhaft, wenn nicht nur die Wände der Altmaterial-Einfüllöffnung möglichst tangential in die Zylinderwand übergehen, sondern wenn auch im Einzugsbereich für das Altmaterial das Spiel zwischen dem Schneckensteg und der ZyIinderinnenwand des Extruders so bemeesen ist, daß das zugeführte Altmaterial selbsttätig in den Extruder hineingezogen wird, und wenn schließlich auch noch in der Einlauföffnung für das Altmaterial ein wuletartiger Vorsprung vorgesehen ist, der •in-Anstauen oder Aufbauschen von in die Schnecke nicht einlaufendem Material "verhindert.
.t - 3 -
Perner ist es vorteilhaft, wenn nicht nur der Innendurchmesser des Zylinders "bzw. -einer an seiner Stelle vorgesehenen Buchse sich in Pörderrichtung der Schnecke konisch verjüngt, sondern auch der Zylinder bzw. die eingezogene Buchse scharfkantige Nuten aufweist, die in Pörderrichtung auslaufen, um in den Nuten einen Rückstau zu vermeiden.
Es kann auch vorteilhaft sein, .außer den "beiden Einfüllöffnungen im Extrudergehäuse noch eine Entgasungsöffnung vorzusehen, um die mit dem Altmaterial eingezogene Luft zu entfernen. Gegebenenfalls kann aber auch auf eine Entgasung verzichtet werden, wenn im zweiten Einzugsbereich, wo Neumaterial zum schon in dem Extruder befindlichen Abfall hinzukommt, durch einen konischen Verlauf der Zylinderwand eine hohe Verdichtung des Materials erreicht wird. In diesem Pail wird die im Haufwerk befindliche Luft nach hinten abgequetscht und kann nicht in die Schmelze gelangen.
Schließlich ist es vorteilhaft, wenn im Einzugsbereich für Altmaterial· die Schneckenstege Einkerbungen aufweisen, die allerdings so geformt sein müssen, daß das eingezogene Altmaterial, das dann zwischen der Schnecke und den scharfkantigen Nuten in der Zylinderwand zerkleinert wird, nicht an den Kerben hängenbleibt.
V/eitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung werden anhand der Ausführungsbeispiele erörtert. Es zeigen:
Pig. 1 ein Prinzipbild des erfindungsgemäßen Extruders im Längsschnitt, .
Pig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1, Pig. 3 Teile der Mg, 2 in Draufsicht,. Pig. 4 Schnitt A - A der Pig. ^,
Pig. 5 Schnitt σ - C der Pig» 3, ' .
Pig. 6, 7 Ausführung mit nebeneinander angeordneten Einfüllöffnungen für Alt- und Neumaterial, '
— 4 — 60 9 6 1 7/C) S7 7 ' '
Pig. 8 eine zylindrische genutete Einzugsbuchse im Längs- und Querschnitt,
Fig. 9 einen Stegeinschnitt,
Fig.10 eine weitere erfindungsgemäße Ausführung
lig.11 Anordnungen zur Altmaterial-Zuführung.
Der in Tig. 1 in seinem prinzipiellen Aufbau dargestellte erfindungegemäße Extruder besteht aus einem langgestreckten Gehäuse 1 mit den Einfüllöffnungen 2 (für Altmaterial) und 3 (für Neumaterial) sowie einer Entgasungsöffnung 4. In dem Extrudergehäuse ist eine im Materialeinzugsbereich zwei- oder mehr-gängig, im übrigen Bereich eingängig ausgebildete Schnecke 5 vorgesehen, die im Einzugsbereich für das Altmaterial mit einer zylindrischen genuteten Buchse 6 und im Einzugsbereich für das Neumaterial mit einer zylindrischen glatten oder aber mit einer konischen genuteten Buchse 7 zusammen arbeitet. Außerdem sind am Extrudergehäuse in bekannter Weise Kühleinrichtungen 8 und Heizeinrichtungen 9 vorgesehen. Das Altmaterial kann, wie es schematisch in I1Ig. 11 angedeutet ist, z.B. mittels einer elastischen Walze 12 oder über Transportbänder 13 der Schnecke 5 zugeführt werden.
In den Pig. 2 und 3 sind die Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Extruders im Bereich der Einfüllöffnungen vergrößert im Schnitt bzw. in Draufsicht dargestellt.
Die Schnecke 5 ist im Bereich der Einfüllöffnung 2 für Altmaterial zweigängig ausgebildet; die Schneckenstege tragen Einkerbungen 10, die aus Fig. 9 noch näher ersichtlich sind. In Pig. 3 ist auch der wulstartige Vorsprung 11 in der in Förderrichtung liegenden Ecke der Einfüllöffnung 2 erkennbar, der ein Anstauen oder Aufbauschen von in die Schnecke nichteinlaufendem Material verhindert. Dieser wulstartige
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Vorsprung 11 kann, wenn er der Abnutzung stark ausgesetzt ist, gegebenenfalls auswechselbar ausgebildet sein.
Über der Einfüllöffnung 3 kann ein nichtdargestellter Behälter für das Neumaterial vorgesehen sein, das aus diesem in solcher Menge abfließt, daß es den in der Schnecke vom Altmaterial jeweils nichtausgefüllten Förderraum bis zu 100 fo einnimmt.
Die Pig. 4 und 5 zeigen Querschnitte des Extruders gemäß
den Schnitten A-A bzw. C C in Fig. 3. Hierbei sind auch
die scharfkantig ausgebildeten Nuten 14 erkennbar, die wie aus Mg. 2 ersichtlich ist - in Förderrichtung auslaufen, damit in den Hüten möglichst kein Rückstau entsteht. Die Scharfkantigkeit der Zylindernuten ist an sich nur an derjenigen Nutenflanke erforderlich, die in Schneckendrehrichtung als hintere bezeichnet,wird. An dieser Kante wird das Material durch den vorbeilaufenden Schneckensteg zerkleinert, und zwar an jeder Nut.
Zwischen der Zylinderwand bzw. der Innenwand der Buchse 6 und den SehneckenBtegen 15 ist ein Spiel 16 vorgesehen, das derart bemessen ist, z.B. etwas kleiner als die Dicke des einzuziehenden Altmaterials, daß/durch die Einfüllöffnung 2 zugeführte Altmaterial selbsttätig zwischen Zylinder- bzw. Buchsenwand 6 und Zylinderstegen 16 in die Schnecke hineingezogen wird. Das Spiel liegt z.B. für einen Schneckendurchmesser D = 45 mm bei 0,1 mm. Eine Einstellung auf die Foliendicke erfolgt im allgemeinen nicht. Dünnere Folien werden daher ■ mehrfachliegend eingeführt, dickere Folien werden im tangentialen Einlauf so zusammengequetscht, daß sie ebenfalls in diesen Spalt einlaufen. Sollten weiche Folien oder Tafelstreifen wesentlich größerer Dicke verarbeitet werden, so müßte das Spiel entsprechend, d.h. etwas geringer als der jeweiligen Dicke entspricht, ausgebildet sein. Dieses Mindermaß ist allerdings von der Elastizität des Ma-ferials abhängig und muß von Fall zu Fall festgelegt werden.
- 6 - ■
•S0-9817/0&77 ■■
2351
Wie aus fig. 4 weiterhin ersichtlich ist, geht die WancTung · der Einfüllöffnung 2 zumindest an der Material-Einlaufseite möglichst tangential in die Zylinder- bzw. Buchsenwand 6 über, damit das Material möglichst störungsfrei in die Schneckenkanäle gelangen kann.
Die Einfüllöffnungen für das Alt- und Neu-Material brauchen nun aber nicht nur, wie in Fig. 1 gezeigt, in Förderrichtung hintereinander angeordnet zu sein, sie können gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung auch nebeneinander über der Schnecke liegen, wie dies in Pig. 6 und 7 im Schnitt und in Draufsicht gezeigt ist. Auf diese Weise können an sich vorhandene Extruder für das erfindungsgemäße Verfahren verwendbar gemacht werden. Dabei muß der Zylinder im Einzugsbreich (entsprechend Pig. 2) mit einer zylindrisch genuteten Buchse 17 (entsprechend 6 in S1Ig. 2) versehen werden. Die Einfüllöffnung 18 wird durch ein Trennblech 19 unterteilt. Auf der Seite des Einlaufspaltes 20 können Folien, Folienabschnitte und Bänder zugegeben werden, die, falls sie quasi endlos vorliegen, z.B. durch direkte Verarbeitung von Randbeschnitt, nach Einführung von Hand keine weitere Einzugshilfe benötigen. In der anderen Hälfte 21 der Einzugsöffnung wird Neumaterial zugegeben, und zwar derart, daß es aus einem nicht dargestellten Behälter in solcher Menge nachfließt, wie in der Schnecke vom Altmaterial jeweils nichtauegeftillter Förderraum zur Verfügung steht.
Fig. 8 zeigt eine zylindrische genutete Einzugsbuchse 6 herausgezeichnet im Längs- und Querschnitt, bei der die in Förderrichtung auslaufenden scharfkantigen Nuten 14 mit beispielsweisen Angaben für die Nuten-Abmessungen und -Lage erkennbar sind.
Aus Fig. 9 ist die Ausgestaltung der Einkerbungen 10 in den Schneckenstegen ersichtlich.
609817/097 ?
Während sich die Einzugsbereiche gemäß den Pig. 2 und 5 insbesondere für folien, Folienbander, Iragetaschen, Sackinaterial oder dergl. eignen, ist eine Aus führ ungs form gemäß Fig. 10 insbesondere für die Verarbeitung von voluminösem Material, z.B. Schnitzel, Becher, Flaschen oder .dergl. verwendbar. 'Hier ist im Einzugsbereich für das Altmaterial der Außendurchmesser 22 der sich in Förderrichtung konisch verjüngenden Schnecke 23 und die Höhe der .Stege 24 gegenüber den übrigen entsprechenden Abmessungen (25, 26) stark vergrößert, wodurch ein größeres freies Volumen zur Verbesserung des Einzuges erreichbar ist. Es sind fernen 27, 28 die Einfüllöffnungen für Altbzw. Heu-Material, 29 Einkerbungen in den Schneckenstegen. "
Abschließend seien die Daten einer beispielsweisen Ausführung mit einem Schneckendurchmesser D = 45 mm und einer Schneckenlänge L = 25- D genannt:
Schnecke im Einzugsbereich 2 gängig, 10 D lang Länge einer Zylinderbuchse 3D
länge zweier Zonen hintereinander 6 bis 7 D Steigung der ein- und der zweigängigen Schneckenstege 1 D Abstand der beiden Einfüllöffnungen 4 B Schneckendrelizahl z.B. 100 U/min
Materialmengen pro Stunde:
Abfall allein etwa 25 kg/h
Abfall und ITeumaterial gemeinsam etwa 70 kg/h.
Diese Werte "beziehen sich z.B. auf Polyäthylen.
Man erkennt, daß die Zugabe von.Neumaterial den Durchsatz etwa verdreifacht und in den Bereichen der für Neumaterial allein üblichen Durchsatzleistung anhebt. Gleichzeitig werden die "bei reiner Abfallverarbeitung auftretenden Durchsat ζSchwankungen auf ein Minimum reduziert.
509817/097

Claims (15)

  1. Vereinigung zur !Förderung des Instituts für 73/'14-86 Kunststoffverarbeitung in Industrie und Handwerk an der Rhein.-Westf. Techn. Hochscnule Aachen e.V., 51 Aachen, Pontstr. 49
    Patentansprüche
    Verfahren zum Verarbeiten von zuvor unzerkleinerten thermoplastischen Kunststoffabfallen (Altmaterial) in Einschnecken-Extrudern,
    dadurch gekennzeichnet, daß dem unzerkleinert zugeführten Altmaterial, das erst im Einzugsbereich des Extruders zerkleinert wird, zusätzlich Neumaterial in solcher Menge zugeführt wird, daß es den in der Schnecke vom Altmaterial jeweils nichtausgefüllten Förderraum in hohem Maße (bis zu 100 $) einnimmt.
  2. 2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Extrudergehäuse (i) im Materialeinzugsbereich mindestens zwei Einfüllöffnungen (2) aufweist, durch die das Altmaterial und das Neumaterial der Extruderschnecke getrennt voneinander zuführbar sind.
  3. 3. Einrichtung nach Patentanspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Einfüllöffnungen in Richtung der Schnecken-Achse hintereinander im Abstand von etwa D (Schnecken-Durchmesser) angeordnet sind.
  4. 4. Einrichtung nach Patentanspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Einfüllöffnungen über der Schnecke nebeneinander angeordnet sind.
    - 9 -508817/0977
  5. 5. Einrichtung nach Patentanspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung der Einfüllöffnung für das Altmaterial zumindest an der I4aterlal-Einlaufseite möglichst tangential in die Zylinderwand des Extruders übergeht.
  6. 6. Einrichtung nach Patentanspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß im Einzugsbereich für das Altmaterial das Spiel zwischen der Zylinderwand des Extruders und den Schneckenstegen derart bemessen ist (z.B. etwas kleiner als die Dicke des einzuziehenden Altmaterials), daß das durch die Einfüllöffnung zugeführte Altmaterial, selbsttätig zwischen Zylinderwand und Schneckenstegen in die Schnecke hineingezogen wird.
  7. 7. Einrichtung nach Patentanspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß in der Einfüllöffnung für das Altmaterial in der in Förderrichtung liegenden Ecke über der Schnecke ein wulstartiger Vorsprung vorgesehen ist, der ein Anstauen oder Aufbauschen von in die Schnecke nichteinlaufendem Material verhindert.
  8. 8. Einrichtung nach Patentanspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß der wulstartige Vorsprung auswechselbar ausgebildet ist.
  9. 9. Einrichtung nach Patentanspruch 2, .
    dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den beiden Einfüllöffnungen noch eine Entgasungsöffnung vorgesehen ist.
  10. 10. Einrichtung nach Patentanspruch S3
    dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderwand des Extruders durch eine in dae Estrudergehäuse ©ingezöjgeHß Jfcichsß Jgebildet ist»
  11. 11. Einrichtung nach !Patentanspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser der Buchse sich in I'örderrichtung der Schnecke konisch verjüngt.
  12. 12. Einrichtung nach Patentanspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse mit scharfkantigen Längsnuten versehen ist, die in Förderrichtung auslaufen.
  13. 13. Einrichtung nach Patentanspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten nur an der in Drehrichtung der Schnecke hinteren Nutenflanke scharfkantig ausgebildet sind.
  14. 14· Einrichtung nach Patentanspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß im Einzugsbereich für das Altmaterial die Schneckenstege Einkerbungen aufweisen, die gegenüber einer an die Schneckenstege angelegten Tangente einen solchen Winkel (z.B. maximal 60°) bilden, daß das von der Schnecke eingezogene Altmaterial nicht an den Einkerbungen hängenbleibt.
  15. 15. Einrichtung nach Patentanspruch 2,
    dadurch. gekennzeichnet, daß im Einzugabereich für das Altmaterial die Schnecke zwei- oder mehrgängig ausgebildet ist.
    .16. Einrichtung nach. Patentanspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß im Einzugsbereioh für das Altmaterial der Außen-Durohaeeeer der eich in Pörd©rrichtung konisch verjüngenden Schnecke und die Höhe der Schneckenstege gegen über den übrigen entsprechenden Abmessungen stark vergrößert sind»
    ■5Q9817/0977
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