DE10204244C1 - Verfahren zur Rückgewinnung eines Rohstoffes in einem Extrusionsprozess und Anfahrventil hierzu - Google Patents

Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung eines Extrudats in einem Extrusionsprozess mittels eines Extruders (1). DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, dass während einer Anfahrzeit des Extrusionsprozesses das Extrudat in einen Speicher (13) abgegeben wird, solange bis der Extrusionsprozess stabil abläuft, und anschließend das in den Speicher (13) abgegebene Extrudat ohne Zwischenverarbeitung in den Extruder (1) als Beimischung zurückgefüttert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 9.

Es ist in der Kunststoff verarbeitenden Industrie bekannt, zur Herstellung eines Extrudats in einem Extrusionsprozess mittels eines Extruders während einer Anfahrzeit des Extrusions­ prozesses die Zufuhr des Extrudats zur Extrusionsdüse über ein Anfahrventil zu unterbrechen und das Extrudat in einen Auffangbehälter umzuleiten. Wenn der Extrusionsprozess stabil abläuft, wird das Anfahrventil umgeschaltet und das Extrudat der Extrusionsdüse zugeleitet.

Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass das während der Anfahrzeit des Extrusionsprozesses in den Auffangbehälter geleitete Extrudat, das sogenannte Anfahrprodukt, kostspielig entsorgt werden muss. Darüber hinaus sind mit dem Materialverlust hohe finanzielle Aufwendungen verbunden.

Zwar kann das Anfahrprodukt auch einem Recyclingprozess zugeführt werden, doch ein derartiger Recyclingprozess ist umständlich und teuer. Das Anfahrprodukt muss dazu erst abgekühlt werden. Das erkaltete Anfahrprodukt wird dann gesammelt und gelagert, bis es zur Wiederaufarbeitung transportiert wird. Bei der Wiederaufarbeitung wird es regranuliert und nach wiederum einer Lagerung zum Kunststoffverarbeiter transportiert. Dort wird es in der Kunststoffverarbeitung beispielsweise in einen Extruder als Beimischung zu einem Rohkunststoffgranulat zugegeben.

Aus der DE 196 15 679 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Siebwechslers und ein solcher Siebwechsler bekannt. Diesem Verfahren bzw. diesem Siebwechsler liegt die Aufgabe zugrunde geschmolzene Materialien, die eine große Menge von Beimischungen enthalten, nach außen ausgeben zu können, ohne sie durch ein Sieb zu schicken, wobei die äußeren Abmessungen des Siebwechslers nicht zu groß sein sollen. Die Lösung zu dieser Aufgabe umfasst Gleitstäbe, in denen Durchgangskanalabschnitte ausgebildet sind. Diese Durchgangs­ kanalabschnitte können mit in einem Gehäuse ausgebildeten Durchgangskanalabschnitten in Verbindung gebracht werden, so dass geschmolzene Materialien, die sich im Anfahrbetrieb einer Strangpresse durch den Einströmkanal bewegen, in den Materialausgabekanal ausge­ geben werden können. Damit ist es möglich die in der Strangpresse zurückbleibenden Bei­ mischungen vor dem Normalbetrieb der Strangpresse zu entfernen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, bei dem das Anfahrprodukt in einem Recyclingprozess ohne die kostenintensiven Verfahrensschritte Abkühlen, Lagern, Transportieren, Regranulieren, weiteres Lagern und Transportieren dem Extrusionsprozess wieder zugeführt wird. Damit verbunden liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Extrusionsvorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens zu schaffen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Extrusionsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9.

Bei dem erfindungsgemäßem Verfahren zur Herstellung eines Extrudats in einem Extrusionsprozess mittels eines Extruders wird während einer Anfahrzeit des Extrusions­ prozesses das Extrudat in einen Speicher abgegeben. Wenn der Extrusionsprozess eingefahren ist und stabil abläuft, wird das in den Speicher abgegebene Extrudat ohne Zwischenverarbeitung in den Extruder als Beimischung zurückgefüttert. Dieses Verfahren bietet gegenüber der Praxis, das Anfahrprodukt wegzuwerfen den Vorteil, eine teuere Materialentsorgung zu vermeiden und verhindert einen Materialverlust des in diesen Mengen kostspieligen Rohstoffs. Gegenüber dem Recyclingprozess gemäß dem Stand der Technik beinhaltet die Erfindung den Vorzug, die kostenintensiven Verfahrensschritte Abkühlen, Lagern, Transportieren, Regranulieren, weiteres Lagern und Transportieren einzusparen. Der Wegfall dieser Produktionsabläufe bietet bei einem durchschnittlichen Kunststoffhersteller ein Einsparpotential von einer Million DM pro Jahr.

Vorzugsweise wird das in den Speicher abgegebene Extrudat in einen drucklosen Bereich des Extruders zurückgefüttert. Damit ist nur ein minimaler Energieaufwand bei der Rückführung des Extrudats aus dem Speicher erforderlich. Eine gesonderte Pumpe zum Druckaufbau in dem rückzuführenden Extrudat ist nicht nötig. Ein derartiger geeigneter druckloser Bereich des Extruders ist die Entgasungszone.

Das in den Speicher abgegebene Extrudat wird vorzugsweise zu einem Anteil zwischen 0 und 10% der Fördermenge des Extruders in den Extruder zurückgefüttert. In dieser Beimischung wird die Qualität der Schmelze im Extruder nicht spürbar beeinflusst.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Anfahrventil während einer Anfahrzeit des Extrusionsprozesses derart geschaltet, dass das Extrudat in den Speicher abgegeben wird. Nach einer Stabilisierung des Extrusionsprozesses ist das Anfahrventil dann derart geschaltet, dass das von dem Extruder geförderte Extrudat aus dem Extruder austritt und das zuvor in den Speicher abgegebene Extrudat in den Extruder als Beimischung zurückgefüttert wird. Durch diese besondere Ausgestaltung des Anfahrventils wird ein gesondertes Ventil zum Zuschalten des Speichers eingespart.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das im Speicher befindliche Extrudat beheizt. Damit wird gewährleistet, dass die Viskosität des Extrudats im Speicher hinreichend niedrig bleibt, um ohne Probleme in den Extruder zurückgeführt werden zu können. Vorteilhafter Weise wird aus diesem Grunde das Extrudat auch während seiner Rückführung zum Extruder beheizt.

Zu seiner vollständigen Entleerung wird der Speicher vorzugsweise mit Stickstoff gespült. Dabei wird einerseits der Speicher von Rückständen des Extrudats befreit, andererseits drückt der Stickstoff das restliche Extrudat aus den Rohrleitungen, die damit restlos entleert werden. Andererseits müssten die Rohre sonst in einem Pyrolyseofen bei 400°C bis 500°C sauber gebrannt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist mit einer erfindungsgemäßen Extrusionsvorrichtung durchführbar, die einen Extruder und ein Anfahrventil umfasst. Das Anfahrventil ist derart schaltbar, dass in einer ersten Schaltstellung während einer Anfahrzeit des Extrusions­ prozesses Extrudat in einen Speicher abgegeben wird, und in einer zweiten Schaltstellung von dem Extruder gefördertes Extrudat aus dem Extruder austreten kann und Extrudat aus dem Speicher in den Extruder als Beimischung zurückgeführt werden kann.

Das Anfahrventil ist vorzugsweise als Schieberventil ausgeführt. Dies ist eine sehr einfache, effektive und betriebssichere Ausgestaltung eines Ventils zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In einer der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung weist das Anfahrventil als Rückführleitung einen Kanal für den Schmelze-Rücklauf als integralen Bestandteil auf, mittels dessen Extrudat aus dem Speicher in den Extruder zurückgeführt werden kann. Dies hat zum Vorteil, dass keine externe Rückführleitung nötig ist. Aufgrund der begrenzten Größe des Anfahrventils muss das Extrudat allerdings in den Metering-Bereich des Extruders zurückgefüttert werden. Dies ist mit einem höherem Druckaufwand verbunden als eine Rückführung in den Entgasungsbereich.

Vorzugsweise ist der Speicher beheizt. Ein Erstarren des Extrudats im Speicher wird damit vermieden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Speicher als Kolbenspeicher ausgeführt. Das Extrudat kann damit in einfacher und betriebssicherer Weise wieder aus dem Kolbenspeicher ausgedrückt werden. Der Kolbenspeicher wird vorzugsweise ölhydraulisch betrieben. Dabei gleitet ein mit Dichtungen versehener Kolben in einem Zylinder, der auf der einen Seite des Kolbens mit Extrudat auf der anderen mit Öl gefüllt ist.

Der Speicher ist vorzugsweise an eine Stickstoffversorgung angeschlossen. Mittels Stickstoff wird das Extrudat vollständig aus dem Speicher ausgedrückt. Der Stickstoff ist inert, so dass eine Oxidation des Extrudats vermieden wird.

Vorzugsweise wird das Extrudat aus dem Speicher in den Extruder über eine Rücklaufleitung zurückgefüttert. Diese Rücklaufleitung kann an dem Anfahrventil oder direkt an dem Speicher angeschlossen sein. Ein Anschluss an dem Anfahrventil hat gegenüber dem Anschluss an dem Speicher den Vorteil, dass kein gesondertes Rückschlagventil am Speicher notwendig ist. Ein Anschluss an dem Speicher hat den Vorzug, dass das Anfahrventil einfacher ausgestaltet werden kann.

Vorteilhafter Weise ist die Rücklaufleitung austauschbar. Wird der Extruder mit einem anderen Material betrieben, kann die Rücklaufleitung gegen eine neue, saubere Rücklaufleitung ersetzt werden. Die ausgetauschte Rücklaufleitung wird dabei gereinigt, beispielsweise durch vollständiges Verbrennen des Extrudats in einem Pyrolyseofen. Zum zügigen und leichten Austausch ist die Rücklaufleitung vorzugsweise mit flexiblen Klemmflanschen befestigt.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Rücklaufleitung beheizbar. Das Extrudat kann dadurch in der Rücklaufleitung auf seiner Temperatur gehalten werden. Eine Erhöhung der Viskosität des Extrudats in der Rücklaufleitung und ein damit verbundener erhöhter Strömungswiderstand wird dadurch vermieden. Das flüssige Extrudat kann am Ende des Prozesses mit Stickstoff ausgedrückt werden. Damit können Rückstände des Extrudats in der Rücklaufleitung vermieden werden. Die Rücklaufleitung müsste in diesem Fall bei einem Wechsel des Materials von einem Extrusionsprozess zum nächsten nicht mehr ausgetauscht und gereinigt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Rücklaufleitung außerhalb einer Schutzhaube für die Extrusionsvorrichtung angeordnet. Die Rücklaufleitung kann damit sehr zügig ohne Öffnen der Schutzhaube ausgetauscht werden.

In Zeichnungen ist eine Ausgestaltung der Erfindung dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Extrusionsvorrichtung mit einem aus Segmenten aufgebauten Extruder, einem Anfahrventil, einem Speicher, einer Schmelze- Rückführleitung und einem an einem Zylindersegment angeordneten Entgasungsstutzen,

Fig. 2 eine Extrusionsvorrichtung nach Fig. 1 in einer Variante mit direkt an dem Speicher angeschlossener Schmelze-Rückführleitung,

Fig. 3 ein Anfahrventil in einem Schnitt mit einem Ventilschieber, einer Zylinderbohrung zur Aufnahme einer Extruderschnecke und einem Kanal für einen Schmelze Rücklauf, sowie einen Speicher zur Aufnahme von Schmelze, und

Fig. 4 ein Anfahrventil nach Fig. 3 mit einer Schmelze-Rückführung innerhalb des Ventils sowie einen Speicher.

Ein Extruder 1 ist aus mehreren Zylindersegmenten zusammengesetzt. An dem in Förderrichtung 2 letzten Zylindersegment 3 ist ein Anfahrventil 4 angeschlossen. Die Zylindersegmente durchzieht eine Bohrung 5, die sich im Anfahrventil 4 verjüngt. In der Bohrung 5 findet eine Schnecke 6 Aufnahme, die in das Anfahrventil 4 hineinragt. In einem Bereich zwischen der Position der Schneckenspitze 7 und einem Ventilschieber 8 verjüngt sich die Bohrung 5 auf den Durchmesser einer Durchgangsbohrung 9 im Ventilschieber 8. Auf der anderen Seite des Ventilschiebers 8 setzt eine Bohrung 10 die Bohrung 5 mit dem Durchmesser der Durchgangsbohrung 9 fort und mündet in eine nicht dargestellte Extrusionsdüse. In dem Ventilschieber 8 des Anfahrventils 4 befindet sich ein weiterer Durchgangskanal 11, der ausgehend von einer Öffnung 12 im Ventilschieber 8 auf der Seite der Bohrung 5 nach einer Schwenkung von 90° längs des Ventilschiebers 8 verläuft, in vom Extruder 1 aus gesehenen radialer Richtung. Der Durchgangskanal 11 mündet in einem Speicher 13 für Schmelze aus dem Extrusionsprozess.

In einer ersten, in den Fig. 3 und 4 dargestellten Schaltstellung, der sogenannten Anfahrstellung, ist der Ventilschieber 8 derart gestellt, dass die Öffnung 12 mit der Bohrung 5 zur Deckung kommt. Die Kunststoffschmelze aus der Extruder 1 wird dabei durch den Durchgangskanal 11 in den Speicher 13 geleitet. Beim Anfahren des Extrusionsprozesses befindet sich das Anfahrventil 4 in dieser Schaltstellung. Am Anfang des Extrusionsprozesses befindet sich der Extruder 1 noch nicht im thermischen Gleichgewicht. Die während des Anfahrens des Extrusionsprozesses aus dem Extruder 1 ausgetragene Schmelze, das sogenannte Anfahrprodukt, hat noch nicht die richtige Konsistenz, um beispielsweise in einem nicht dargestellten Unterwassergranulator weiterverarbeitet zu werden. Das Anfahrventil 4 bleibt in der Anfahrstellung, bis die Prozessbedingungen des Extruders 1 stabil sind und die aus dem Extruder 1 ausgetragene Schmelze die richtige Konsistenz für die Weiterverarbeitung, beispielsweise in einem Unterwassergranulator aufweist. Während des Anfahrens des Extrusionsprozesses wird die gesamte Schmelze in den Speicher 13 geleitet. Der Speicher 13 ist beheizt, so dass die Schmelze nicht erkaltet und erstarrt.

Sind die Prozessbedingungen stabil, wird das Anfahrventil 4 in die Betriebsstellung geschaltet. Dazu wird der Ventilschieber 8 aus der Anfahrstellung derart verschoben, dass die Durchgangsbohrung 9 mit dem verjüngten Ende der die Schnecke 6 aufnehmenden Bohrung 5 und der Bohrung 10 am Ausgang des Anfahrventils 4 zu Deckung kommt (nicht dargestellt). Die von der Schnecke 6 geförderte Schmelze wird jetzt auf direktem Weg aus dem Extruder 1 ausgetragen, beispielsweise zu einem nicht dargestellten Unterwassergranulator. Der Ventilschieber 8 ist derart gestaltet, dass in der Betriebsstellung die Öffnung 12 mit einer Öffnung eines Kanals 14 für einen Schmelze-Rücklauf zur Deckung kommt. Dieser Kanal 14 mündet in eine Rücklaufleitung 15, die mit einem Zylindersegment des Extruders 1 verbunden ist, in der sich eine Entgasungszone 18 der Schmelze befindet. Die während des Anfahrprozesses in den Speicher 13 eingeleitete Schmelze wird von einem Kolben 16 aus den Speicher 13 ausgedrückt. Der Kolben 16 wird von seiner Unterseite mit Hydrauliköl über einen Hydraulikanschluss 19 beaufschlagt. Auf diese Weise wird eine geringe Bauhöhe erzielt und ein eigener Hydraulikzylinder eingespart. Damit die Schmelze und das Hydrauliköl sich nicht vermischen, ist der Kolben 16 mit zwei Dichtringen 17 umzogen. Die Schmelze wird von dem Kolben 16 aus dem Speicher 13 ausgedrückt, durch den Durchgangskanal 11, den Kanal 14 für den Schmelze-Rücklauf und die daran angeschlossene Rücklaufleitung 15 in die Entgasungszone 18 des Extruders 1 geschoben. Die Entgasungszone 18 des Extruders 1 ist drucklos, so dass der Druck und damit die von dem Kolben 16 aufgebrachte Kraft begrenzt bleibt. Die aus dem Speicher 13 geförderte Schmelze wird in einem Mengenanteil von 0-10% der Schmelze des Extruders 1 beigemischt. In diesem Mengenverhältnis bleibt der Prozess und die Qualität des Extrudats unberührt. Ist der Kolben 16 am oberen Ende des Speichers 13 angelangt und die gesamte Schmelze weitgehendst aus dem Speicher 13 ausgeschoben, wird über einen Stickstoffanschluss 20 Stickstoff in den Speicher 13 zugegeben und damit die Schmelze aus dem Speicher 13, dem Durchgangskanal 11 im Anfahrventil 4, dem Kanal 14 für den Schmelze-Rücklauf und die daran angeschlossene Rücklaufleitung 15 ausgedrückt. Das Schmelze-Rücklauf-System ist damit gereinigt für einen Wechsel der Kunststoffart. Die einzelnen Komponenten des Schmelze-Rücklauf-System können so auf einfachste Weise gereinigt werden, ohne dass eine Behandlung im Pyrolyseofen notwendig ist.

In Fig. 4 ist eine Variante des Anfahrventils 4 nach Fig. 3 dargestellt, bei der ein Kanal 21 für den Schmelze-Rücklauf direkt in die Bohrung 5 mündet. In dieser Variante wird die Rücklaufleitung 15 eingespart. Der Kanal 21 für den Schmelze-Rücklauf mündet in einem Metering-Bereich des Extruders 1.

In einer in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist eine Rücklaufleitung 22 direkt an den Speicher 13 angeschlossen. Das Anfahrventil 4 benötigt daher keinen Kanal 14, 21 für den Schmelze-Rücklauf, sondern kann als Standard-Anfahrventil ausgeführt sein.

Bezugszeichenliste

1

Extruder

2

Förderrichtung

3

letztes Zylindersegment

4

Anfahrventil

5

Bohrung

6

Schnecke

7

Schneckenspitze

8

Ventilschieber

9

Durchgangsbohrung

10

Bohrung

10

11

Durchgangskanal

12

Öffnung

13

Speicher

14

Kanal

15

Rücklaufleitung

16

Kolben

17

Dichtring

18

Entgasungszone

19

Hydraulikanschluss

22

Rücklaufleitung

Claims (16)

1. Verfahren zur Rückgewinnung eines Rohstoffs in einem Extrusionsprozess mittels eines Extruders (1) und eines Anfahrventils (4), dadurch gekennzeichnet, dass während einer Anfahrzeit des Extrusionsprozesses das Extrudat in einen Speicher (13) abgegeben wird, solange bis der Extrusionsprozess stabil abläuft, und anschließend das in den Speicher (13) abgegebene Extrudat ohne Zwischenverarbeitung in den Extruder (1) als Beimischung zurückgefüttert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das in den Speicher (13) abgegebene Extrudat in einen drucklosen Bereich des Extruders (1) zurückgefüttert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das in den Speicher (13) abgegebene Extrudat in den Bereich einer Entgasungszone (18) des Extruders (1) zurückgefüttert wird.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das in den Speicher (13) abgegebene Extrudat zu einem Anteil zwischen 0 und 10% der Fördermenge des Extruders (1) in den Extruder (1) zurückgefüttert wird.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anfahrventil (4) während einer Anfahrzeit des Extrusionsprozesses derart geschaltet ist, dass das Extrudat in den Speicher (13) abgegeben wird, und nach einer Stabilisierung des Extrusionsprozesses das Anfahrventil (4) derart geschaltet ist, dass das von dem Extruder (1) geförderte Extrudat aus dem Extruder (1) austritt und das zuvor in den Speicher (13) abgegebene Extrudat in den Extruder (1) als Beimischung zurückgefüttert wird.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das im Speicher (13) befindliche Extrudat beheizt wird.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Extrudat während seiner Rückführung zum Extruder (1) beheizt wird.

8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher (13) zu seiner vollständigen Entleerung mit Stickstoff gespült wird.

9. Extrusionsvorrichtung, umfassend einen Extruder (1) und ein Anfahrventil (4), dadurch gekennzeichnet, dass das Anfahrventil (4) derart schaltbar ist, dass in einer ersten Schaltstellung während einer Anfahrzeit des Extrusionsprozesses Extrudat in einen Speicher (13) abgegeben wird, und in einer zweiten Schaltstellung von dem Extruder (1) gefördertes Extrudat aus dem Extruder (1) austreten kann und Extrudat aus dem Speicher (13) in den Extruder (1) als Beimischung zurückgeführt werden kann.

10. Extrusionsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Anfahrventil (4) ein Schieberventil ist.

11. Extrusionsvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Anfahrventil (4) als Rückführleitung einen Kanal (21) für den Schmelze-Rücklauf als integralen Bestandteil aufweist, mittels dessen Extrudat aus dem Speicher (13) in den Extruder (1) zurückgeführt werden kann.

12. Extrusionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 9-11, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher (13) beheizt ist.

13. Extrusionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 9-12, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher (13) ein Kolbenspeicher ist.

14. Extrusionsvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben­ speicher ölhydraulisch betrieben wird.

15. Extrusionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 9-14, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher (13) an eine Stickstoffversorgung angeschlossen ist.

16. Extrusionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher (13) und der Extruder (1) über eine Rücklaufleitung (15, 22) zur Rückfütterung des Extrudates verbunden sind.