DE3525982A1 - Vorrichtung zur aufbereitung und abgabe viskoser medien - Google Patents

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrich­ tung zur Aufbereitung und Abgabe viskoser Medien mit einer Zufuhreinrichtung zur Zufuhr des viskosen Mediums an einer Einspeisestelle, einer Fördereinrichtung, die das viskose Medium von einer Einspeisestelle zu einer Entnahmestelle fördert und mit einer den Durchsatz regelnden Steuer- und Regeleinrichtung.

Eine Vorrichtung der genannten Art wird beispielsweise in Form eines Extruders zum Erwärmen eines viskosen Mediums, beispielsweise eines thermoplastischen Kunst­ stoffes eingesetzt, der in festem, vorzugsweise granu­ latförmigem Zustand über einen Einfülltrichter in eine Fördereinrichtung gegeben, in dieser gemischt, gefärbt oder compoundiert und zum Aufschäumen ggf. mit inerten Gasen begast und durch Wirkung der Friktion der Schneckenfördereinrichtung sowie wahlweise durch über eine Heizeinrichtung eingebrachte zusätzliche Wärme plastifiziert und über eine Entnahmestelle in dosierter Form abgegeben wird.

Sowohl bei kontinuierlichem als auch bei intermittie­ rendem Betrieb ist es erforderlich, daß einerseits eine möglichst genaue Dosierung des abgegebenen Massestroms und andererseits eine möglichst konstante Abgabetempera­ tur des Massestroms des viskosen Mediums eingehalten wird, wobei zusätzlich die exakte Dosierung des Masse­ stroms von der Temperatur abhängig ist.

Eine exakte Dosierung erweist sich jedoch insbesondere bei intermittierendem Betrieb als sehr schwierig, da die Zufuhr beispielsweise granulatförmigen thermo­ plastischen Kunststoffs in unterschiedlichen Dosie­ rungen erfolgen kann, nach einer Unterbrechung der Abgabe des thermoplastischen Kunststoffs eine gewisse Hochlaufzeit zum Erreichen der gewünschten Abgabemenge pro Zeiteinheit benötigt wird und die Viskosität des thermoplastischen Kunststoffs von den Materialeigen­ schaften des thermoplastischen Kunststoffs, d. h. von der Art des thermoplastischen Kunststoffs und innerhalb einer bestimmten Art von der jeweiligen Charge von der Feuchtigkeit und in besonders starkem Maße von der Tem­ peratur abhängig ist.

Die Temperaturen schwanken jedoch innerhalb der Förder­ einrichtung sehr stark, da die bei Abgabe des plastifi­ zierten thermoplastischen Kunststoffs schnell laufende Fördereinrichtung dem thermoplastischen Kunststoff mehr Reibungs- und Friktionswärme zuführt als in dem Fall, in dem sie bei Unterbrechung der Abgabe des thermo­ plastischen Kunststoffes stillsteht bzw. langsam um­ läuft.

Zur Verbesserung der Dosierungsgenauigkeit sowie der Regelung der Temperatur eines plastifizierten Heiz­ schmelzklebers ist aus dem DE-GM 82 27 606.4 eine Vor­ richtung zum Aufbereiten von Schmelzklebern bekannt, die eine Fördereinrichtung mit einer in einer zylin­ drischen Kammer drehbaren Förderschnecke aufweist. Auf der Eingangsseite der Fördereinrichtung ist die Kammer mit einem Einfülltrichter und an der Ausgangsseite mit einem Entnahmeverteiler verbunden. Die Förderschnecke ist über eine Kupplung an einen Antriebsmotor ange­ schlossen. Im Bereich der Verbindung der Kammer mit dem Einfülltrichter weist die Kammer eine Einzugskühlung auf, während auf der Ausgangsseite und dem an die Aus­ gangsseite angrenzenden Bereich die Kammer und der Ver­ teiler mit einer Heizung in Form von Heizmänteln ver­ sehen sind.

Im Betrieb wird über den Einfülltrichter der Schmelz­ kleber in Granulatform der Fördereinrichtung zugeführt und von der Förderschnecke zur Ausgangsseite gefördert. Die an der Eingangsseite vorhandene Einzugskühlung verhindert dabei ein vorzeitiges Plastifizieren des Schmelzklebers, der im Innern der Kammer mittels der Förderschnecke verdichtet wird, wobei er durch die bei der Förderung auftretende Reibungswärme und die zusätz­ liche über die Heizmäntel zugeführte Wärme erwärmt und dadurch plastifiziert wird. Mit Hilfe der die Kammer umgebenden Heizmäntel kann die Temperatur des Schmelz­ klebers verhältnismäßig feinfühlig geregelt werden, in­ dem die durch die Friktion bei der Förderung einge­ brachte Wärme so gering wie möglich gehalten und die erforderliche Wärme mittels der Heizmäntel gezielt gesteuert wird.

Aus der US-PS 39 76 230 ist eine Vorrichtung zur Abgabe von Polyurethanschaum bekannt, bei der im Strömungsweg des Polyurethans eine elektrische Heizeinrichtung ange­ ordnet ist, die dazu dient, den Schaum-Grundstoff steuer- und regelbar zu erwärmen und so den Grundstoff auf einer optimalen Temperatur zur Schaumbildung zu halten. Am Ende der elektrischen Heizeinrichtung ist ein Thermistor angebracht, der die Temperatur des durch­ gehenden Material mißt und die Heizeinrichtung zum Konstanthalten dieser Temperatur ansteuert.

Bei einer bekannten, in Fig. 1 dargestellten Vorrich­ tung zum Aufbereiten und Abgeben von thermoplastischen Kunststoffen wird die Erwärmung des thermoplastischen Kunststoffs feinfühlig in der Weise gesteuert, daß der thermoplastische Kunststoff abschnittsweise auf eine konstante Temperatur geregelt wird.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zur Aufbereitung und Abgabe von thermoplastischen Kunststoffen weist eine Fördereinrichtung 2 in Form eines Extruders mit einer in einer zylindrischen Kammer 21 drehbaren Förder­ schnecke 22 auf. Der Außendurchmesser der Förder­ schnecke 22 entspricht dabei etwa dem Innendurchmesser der Kammer 21. Auf der Eingangsseite 25 der Förderein­ richtung 2 ist die Kammer 21 mit einem Einfülltrichter 1 zur Aufnahme des üblicherweise granulatförmigen ther­ moplastischen Kunststoffs verbunden. Auf der Ausgangs­ seite 26 der Fördereinrichtung 2 ist die Kammer 21 auf ihrer Stirnseite durch einen Verteiler 3 abgeschlossen, der angrenzend an dem von der Kammer 21 gebildeten Hohl­ raum eine koaxial zur Kammer 21 und zur Förderschnecke 22 angeordnete Mittenöffnung 31 sowie eine Mehrzahl von davon ausgehenden Entnahmebohrungen 32 aufweist, die in der der Kammer 21 abgewandten Stirnfläche 33 des Vertei­ lers 3 enden und dort mit jeweils einem Verbindungsele­ ment 41 verbunden sind, das an seinem freien Ende mit einem als Düse ausgebildeten Werkzeug 42 versehen ist. Das Werkzeug 42 enthält eine Öffnung 50 als Entnahme­ stelle für den Austritt des thermoplastischen Kunst­ stoffs.

Auf der Eingangsseite 25 der Kammer 21 ist die Förder­ schnecke 22 über eine Kupplungseinrichtung 23 mit einem Antriebsmotor 24 verbunden. Zusätzlich sind im Bereich der Eingangsseite 25 die Kammer 21 und der Einfülltrich­ ter 1 mit einer Einzugskühlung in Form von Kühlmänteln 28, 29 versehen.

Da die Temperaturregelung der aus dem DE-GM 82 27 606.4 bekannten Vorrichtung, wie oben dargestellt wurde, mit einer gewissen Zeitverzögerung arbeitet und damit eine gewisse Schwankung um den Sollwert erlaubt, ist zur Ver­ besserung des Temperaturregelverhaltens die Heizstrecke der Kammer 21 in eine Mehrzahl von Heizelementen 27 unterteilt, die nacheinander entlang der Längsrichtung der Kammer 21 angeordnet sind. In jedem von jeweils einem Heizelement 27 bestimmten Bereich der Kammer 21 ist jeweils ein Temperaturfühler 11, 12, 13 vorgesehen, der jeweils mit einem Eingang einer Steuer- und Regel­ einrichtung 5 verbunden ist.

Auf der Ausgangsseite 26 der Fördereinrichtung 2 ist im Verteiler 3 eine Druckmeßeinrichtung 15 vorgesehen, deren Ausgang mit der Steuer- und Regeleinrichtung 5 verbunden ist und den Druck des Schmelzklebers im Bereich der Mittenöffnung 31 des Verteilers 3 erfaßt. Die Steuer und Regeleinrichtung 5 ist zusätzlich mit dem Antriebsmotor 24 zur Erfassung des Drehzahl-Ist­ wertes sowie zur Drehzahlsteuerung bzw. zur Steuerung des Drehwinkels des Antriebsmotors 24 verbunden. Darüber hinaus steuert die Steuer- und Regeleinrichtung 5 die Kühlelemente 28, 29 für die Einzugskühlung, wobei die Temperatur im Einzugsbereich mittels eines Tempera­ turfühlers 14 erfaßt wird. Schließlich ist eine Vorrich­ tung 16 zum unmittelbaren Erfassen des Volumen- oder Massenstromes des von der Vorrichtung abgegebenen thermoplastischen Kunststoffs mit der Steuer- und Regel­ einrichtung 5 verbunden und gibt ein dem erfaßten Volumen- oder Massestrom des thermoplastischen Kunst­ stoffs entsprechendes Signal an die Steuer- und Regel­ einrichtung 5 ab.

Während im kontinuierlichen Betrieb der Fördereinrich­ tung die Menge und Temperatur des abgegebenen Schmelz­ klebers sehr feinfühlig geregelt werden kann, treten beim intermittierenden bzw. stochastischen Betrieb er­ hebliche Probleme auf:

• 1. Bei einer Unterbrechung der Abgabe wird dem in der Kammer 21 der Fördereinrichtung 2 befindlichen ther­ moplastischen Kunststoff weiterhin über den zylindri­ schen Mantel der Kammer 21 die von der Heizeinrich­ tung abgegebene Wärme zugeführt, so daß die Gefahr des Verbrennens des in der Kammer 21 befindlichen thermoplastischen Kunststoffs besteht. Da die Tempe­ raturfühler zur möglichst exakten Erfassung der Tem­ peratur im Innern der Kammer 21 möglichst dicht an der Innenwandung der Kammer 21 angeordnet sind, wird die Energiezufuhr zu den Heizmänteln erst dann unter­ brochen, wenn ein entsprechender Temperaturanstieg gemeldet wird, so daß die durch die Zylinderwandung der Kammer 21 in das Innere der Kammer 21 gelangende Wärme noch zugeführt wird.
• 2. Wird die Entnahmestelle nach einer Unterbrechung der Entnahme des thermoplastischen Kunststoffs geöffnet, so vergeht wiederum eine bestimmte Zeitspanne bis die von der äußeren Wärmequelle abgegebene Wärme durch die Zylinderwandung der Kammer 21 in das Innere der Fördereinrichtung 1, d. h. zum thermo­ plastischen Kunststoff gelangt, nachdem die Tempera­ turfühler ein entsprechendes Absinken der Temperatur im Innenraum der Kammer 21 gemeldet haben. Dadurch bedingt verändert sich die von der Temperatur abhän­ gige Viskosität des thermoplastischen Kunststoffs und damit die Abgabemenge, so daß keine genaue Dosie­ rung des abgegebenen thermoplastischen Kunststoffs möglich ist.

Die in Fig. 2a dargestellte Temperaturverteilung über die Zylinderwandung der Kammer 21 zeigt die Abhängig­ keit der jeweiligen Temperatur von der Wandstärke d der Zylinderwandung der Kammer 21, der von den die Kammer 21 umgebenden Heizmänteln zugeführten Wärmemenge sowie der Wärmedurchgangszahl und verdeutlicht die Schwierig­ keiten bei der Temperaturregelung im Innern der Kammer 21. Wird die von außen zugeführte Wärmemenge auf den Temperatur-Sollwert eingestellt, so liegt an der Innen­ wandung der Kammer 21 eine erheblich niedrigere Tempera­ tur vor, die an die Schmelze abgegeben wird. Wird dage­ gen die Temperatur an der Innenwandung der Kammer nahe an den Temperatur-Sollwert gebracht, so ist eine erheb­ lich höhere Temperatur an der Außenwandung erforder­ lich, was bei einer plötzlichen Unterbrechung der Abgabe des thermoplastischen Kunststoffes dazu führt, daß die an der Zylinderwandung befindliche Wärme trotz Unterbrechung der Wärmezufuhr noch an den in der Kammer befindlichen thermoplastischen Kunststoff abgegeben wird und die Gefahr der Überhitzung des thermoplasti­ schen Kunststoffes mit sich bringt.

In Fig. 2b ist der Verlauf des Temperatur-Istwertes in den einzelnen Heizzonen gemäß Fig. 1 über der Zeit nach Umschaltung von einer Abgabemenge 0 auf maximale Abgabe­ menge des thermoplastischen Kunststoffes sowie nach plötzlicher Unterbrechung der Abgabe dargestellt. Die Darstellung verdeutlicht die erheblichen Abweichungen der in den einzelnen Heizzonen erfaßten Temperaturen vom vorgegebenen Temperatur-Sollwert, wobei die Abwei­ chungen von der ersten zur dritten Heizzone abnehmen, jedoch in der der Entnahmestelle benachbarten Heizzone noch so erheblich sind, daß keine definierte Abgabe des plastifizierten thermoplastischen Kunststoffes gewähr­ leistet ist. Darüber hinaus wird verdeutlicht, daß bei plötzlicher Unterbrechung der Abgabe thermoplastischen Kunststoffes die Überhitzung in der ersten und zweiten Heizzone so groß ist, daß mit einem Verbrennen des in diesen Heizzonen befindlichen thermoplastischen Kunst­ stoffes und damit mit einer Zerstörung des thermo­ plastichen Kunststoffes zu rechnen ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vor­ richtung zur Aufbereitung und Abgabe eines thermo­ plastischen Kunststoffes zu schaffen, die sowohl im kontinuierlichen als auch im intermittierenden bzw. diskontinuierlichen Betrieb eine konstante Temperatur und Durchmischung des abzugebenden viskosen Mediums gewährleistet, die bei Unterbrechnung der Entnahme sicherstellt, daß das in der Vorrichtung befindliche viskose Medium nicht überhitzt wird und die eine fein­ stufige Regelung und optimale Aufbereitung des viskosen Mediums ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen der Einspeisestelle und der Entnahmestelle eine Vorrichtung zur direkten Erwärmung und Durch­ mischung des viskosen Mediums vorgesehen ist.

Die erfindungsgemäße Lösung gewährleistet, daß sowohl im kontinuierlichen als auch im diskontinuierlichen Be­ trieb bei der Aufbereitung und Abgabe thermoplastischen Kunststoffes eine konstante Abgabetemperatur des thermo­ plastischen Kunststoffes gewährleistet ist und daß eine Überhitzung bzw. ein Verbrennen des thermoplastischen Kunststoffes bei Unterbrechung der Entnahme im Inneren der Fördereinrichtung sicher vermieden wird. Infolge der direkten Durchmischung des viskosen Mediums wird sichergestellt, daß insbesondere bei zähflüssigen Mate­ rialien sämtliche Partikel des viskosen Mediums erwärmt werden, so daß an der Entnahmestelle eine homogene Erwärmung des viskosen Mediums gegeben ist. Darüber hinaus schafft die direkte Erwärmung und Durchmischung die Voraussetzung für eine feinstufige Regelung und optimale Aufbereitung des viskosen Mediums.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lösung sind den Merkmalen der Unteransprüche zu ent­ nehmen.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungs­ beispieles soll der der Erfindung zugrundeliegende Gedanke näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Vor­ richtung zum Aufbereiten Abgeben eines viskosen Mediums mit einer Fördereinrich­ tung und einer Einrichtung zur direkten Erwärmung des viskosen Mediums;

Fig. 4 eine nach dem Schwerkraftprinzip arbeitende Vorrichtung zur Aufbereitung und Abgabe eines viskosen Mediums mit einer Vorrich­ tung zur direkten Erwärmung des viskosen Mediums;

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Vor­ richtung zur Aufbereitung und Abgabe eines viskosen Mediums mit einer Fördereinrich­ tung, einem Verbindungselement und einem Werkzeug mit direkter Erwärmung des visko­ sen Mediums;

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Vor­ richtung zur Aufbereitung und Abgabe von thermoplastischen Kunststoffen mit einem Mischgehäuse mit im Massestrom des thermo­ plastischen Kunststoffes liegendem Heiz­ element;

Fig. 7 eine detaillierte Darstellung des Misch­ gehäuses gemäß Fig. 6 mit einer im Innern befindlichen Heizwendel;

Fig. 8 einen Querschnitt durch das Mischgehäuse entlang der Linie A-A;

Fig. 9 einen Längsschnitt durch eine als Heiz­ wendel dienende Rohrpatrone;

Fig. 10 eine auf einem Wicklungskörper montierte, in Längsrichtung konisch verlaufende Heiz­ wendel und

Fig. 11 eine Seitenansicht sowie einen Querschnitt durch den Wicklungskörper gemäß Fig. 10 mit Mischplatten.

Die in Fig. 3 dargestellte schematische Anordnung einer Vorrichtung zum Aufbereiten und Abgeben eines viskosen Mediums umfaßt eine Zufuhreinrichtung 1 in Form eines trichterförmigen Vorratsbehälters, in die ggf. ein mit einem Kneter o.dgl. bei geringer Temperatur vorge­ mischtes viskoses Medium eingefüllt wird. Von der Zufuhreinrichtung gelangt das entsprechend vorbehan­ delte oder in seinem ursprünglichen Zustand befindliche viskose Medium über eine Fördereinrichtung 2, beispiels­ weise in Form einer Pumpe, eines Extruders o.dgl. zu einer Abgabeeinrichtung 4, in der ein Heizelement 6 angerodnet ist. In dieser Abgabeeinrichtung 4 erfolgt die Entmischung und Homogenisierung des viskosen Mediums bei gleichzeitiger Temperaturerhöhung durch die vom Heizelement 6 zugeführte Wärme, wobei vorzugsweise sowohl an der Einspeisestelle als auch an der Entnahme­ stelle Wärmefühler 71, 72 eingesetzt sind, die eine exakte Temperaturregelung im Innern der Abgabeeinrich­ tung ermöglichen, so daß das viskose Medium in der Abgabeeinrichtung auf eine eingestellte Temperatur gehalten werden kann.

In Fig. 3 sind ebenso wie in der nachstehend beschrie­ benen Vorrichtung gemäß Fig. 4 keine Verbindungen zur Steuer- und Regeleinrichtung sowie zur Heizeinrichtung für das Heizelement 6 dargestellt.

Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Vor­ richtung zur Aufbereitung und Abgabe eines viskosen Mediums mit Schwerkraftförderung, d. h. ohne Anordnung eines Förderaggregats.

Bei dieser Vorrichtung ist die Zufuhreinrichtung 1 in Form eines mit wahlweise vorbehandeltem viskosen Medium gefüllten Vorratsbehälter über eine Abgabeeinrichtung 4 angeordnet, so daß der Massestrom über eine Füllstands­ regelung der Zufuhreinrichtung 1 erfolgen kann.

Analog zur Vorrichtung gemäß Fig. 3 erfolgt eine direkte Erwärmung sowie Entmischung und Homogenisierung des viskosen Mediums in der Abgabeeinrichtung 4, in der ein Heizelement, vorzugsweise in Form einer von elek­ trischem Strom durchflossenen Heizwendel, angeordnet ist. Zur exakten Temperaturregelung kann sowohl an der Einspeisestelle als auch an der Entnahmestelle ein Tem­ peraturfühler 71, 72 angeordnet werden, der die exakte Temperatureinstellung im Innern der Abgabeeinrichtung 4 ermöglicht.

Neben dieser schematisch dargestellten einstufigen Ent­ mischung und Homogenisierung des viskosen Mediums bei gleichzeitiger Temperaturerhöhung ist eine mehrstufige Anordnung möglich, so daß unterschiedliche Mischquali­ täten und Temperaturzonen erzielt werden können. Dies kann beispielsweise in der Weise geschehen, daß der jeweiligen Abgabeeinrichtung weitere, getrennte Abgabe­ einrichtungen nachgeordnet sind, so daß eine stufen­ weise Temperaturerhöhung sowie eine mit der Erwärmung des viskosen Mediums und damit der Abnahme seiner Fähig­ keit ansteigende Misch- und Homogenisierungsstärke erfolgen kann.

Fig. 5 zeigt eine ebenfalls schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Aufbereitung und Abgabe von viskosen Medien in Form von Klebstoff- und Dichtmassen. Die Vorrichtung umfaßt eine Zufuhreinrichtung bzw. einen Vorratsbehälter 1, in dem ggf. nach einer ent­ sprechenden Vorbehandlung der betreffende Klebstoff bzw. die Dichtmasse eingebracht ist. Über eine Förder­ einrichtung 2, beispielsweise in Form einer Pumpe, so­ wie ein Verbindungselement 41 in Form eines Schlauches wird der Klebstoff bzw. die Dichtmasse zu einem Werk­ zeug 42 in Form einer Düse gefördert, wobei im Strö­ mungsweg des Klebstoffes bzw. der Dichtmasse im Innern des Werkzeug, beispielsweise im Handgriff, ein Heizele­ ment 6 in Form einer Heizwendel angeordnet ist. Der hier angelangte Klebstoff bzw. die Dichtmasse wird am Ort des Heizelementes auf die gewünschte Austrittstem­ peratur gebracht und so durchmischt, daß eine gleich­ mäßige Durchwärmung des Klebstoffes bzw. der Dichtmasse erfolgt.

Zur Temperaturregelung können mehrere Temperaturfühler 73, 74, 75, 76, 77 auf dem Transportweg des Klebstoffes bzw. der Dichtmasse angeordnet und mit einer Steuer­ und Regeleinrichtung 5 verbunden werden. Im vorliegen­ den schematischen Beispiel ist ein Temperaturfühler 73 im Vorratsbehälter 1, ein weiterer Temperaturfühler 74 im Bereich des Verbindungselementes 41, je ein Tempe­ raturfühler 75, 76 auf der Eingangsseite bzw. der Ent­ nahmestelle des Werkzeuges 42 und schließlich ein Tempe­ raturfühler 77 unmittelbar im Bereich des Austritts des Klebstoffs bzw. der Dichtmasse angeordnet.

Durch diese sehr exakte Temperaturerfassung kann die Vorerwärmung des viskosen Mediums in Abhängigkeit von der Vorbehandlung bzw. dem Transportweg sowie die end­ gültige Abgabetemperatur des viskosen Mediums exakt geregelt werden.

Neben den vorstehend beschriebenen Vorrichtungen kann die Vorrichtung zur Aufbereitung und Abgabe viskoser Medien auch in anderen Bereichen, wie beispielsweise in Faßschmelzeinrichtungen und Extrudern eingesetzt wer­ den. Anhand des nachstehend erläuterten Ausführungsbei­ spieles unter Verwendung eines Extruders zur Abgabe von Heißschmelzklebern soll die Funktionsweise der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung detailliert erläutert werden.

Die in Fig. 6 dargestellte Vorrichtung entspricht in ihren Grundzügen der Vorrichtung gemäß Fig. 1, wobei gleiche Bauteile mit gleichen Bezugsziffern versehen sind. Die Fördereinrichtung 2 in Form eines Extruders besteht aus einer zylindrischen Kammer 21 mit einer darin drehbar gelagerten Förderschnecke 22, deren Außen­ durchmesser in etwa dem Innendurchmesser der Kammer 21 entspricht, während der Kerndurchmesser der Förder­ schnecke einen gleichbleibenden oder in Richtung auf die Entnahmestelle zunehmenden Querschnitt aufweisen kann. Auf der Eingangsseite 25 der Fördereinrichtung 2 ist die Kammer 21 mit einem Einfülltrichter 1 zur Auf­ nahme des granulatförmigen Heißschmelzklebers bzw. vis­ kosen Mediums verbunden, während auf der Ausgangsseite der Fördereinrichtung 2 die Kammer 21 auf ihrer Stirn­ seite durch eine Entnahmestelle 8 abgeschlossen ist.

Die Entnahmestelle 8 weist eine durchgehende Mitten­ öffnung 81 auf, an die sich an der der Kammer 21 abge­ wandten Stirnfläche 83 der Entnahmestelle 8 eine oder mehrere mit der Mittenöffnung 81 verbundene Düsen 82 anschließen, die über Verbindungsleitungen oder -schläuche mit entsprechenden Werkzeugen zum Auftragen des plastifizierten thermoplastischen Kunststoffes ver­ bunden sind.

Auf der Eingangsseite 25 der Kammer 21 ist die Förder­ schnecke 22 über eine Kupplungseinrichtung 23 mit einem Antriebsmotor 24 verbunden. Zusätzlich sind im Bereich der Eingangsseite 25 die Kammer 21 und der Einfülltrich­ ter 1 mit einer Einzugskühlung in Form von Kühlmänteln 28, 29 versehen. Der an den Einfülltrichter angrenzende Bereich der Kammer 21 ist üblicherweise als heizfreie Zone ausgebildet, an den sich ein Bereich anschließt, der wahlweise eine oder mehrere Heizvorrichtungen in Form von Heizelementen 27 aufweisen kann, die sich um die äußere Umfangsfläche der Kammer 21 erstrecken.

Auf der Ausgangsseite 26 der Fördereinrichtung 2 ist eine Druckmeßeinrichtung 15 vorgesehen, deren Ausgang über eine Leitung 91 mit einem ersten Eingang 94 einer Steuer- und Regeleinrichtung 5 verbunden ist. Die Druck­ meßeinrichtung 15 ist so angeordnet, daß sie den Druck des Schmelzklebers im Bereich der Mittenöffnung 81 erfaßt.

An einem zweiten Eingang 95 ist die Steuer- und Regel­ einrichtung 5 mit einem Druck-Sollwertgeber 51 und über einen dritten Eingang 96 mit einem Ausgang 108 des Antriebsmotors 24 zur Abgabe des Drehzahl-Istwertes des Antriebsmotors 24 bzw. Drehwinkel-Istwertes verbunden. Über einen vierten Eingang 97 ist die Steuer- und Regel­ einrichtung 5 mit einem Drehzahl-Sollwertgeber 52 ver­ bunden, während ein erster Ausgang 98 der Steuer- und Regeleinrichtung 5 an einen Steuereingang 109 des An­ triebsmotors 24 zur Steuerung der Drehzahl bzw. des Drehwinkels des Antriebsmotors 24 angeschlossen ist.

Erfindungsgemäß ist zwischen der Entnahmestelle 8 und dem Ende der Förderschnecke 22 die Kammer 21 als Misch­ und Homogenisierungskammer 20 mit einer darin angeord­ neten Heizwendel 6 ausgebildet. Die Heizwendel 6 weist an ihrem vorderen, der Entnahmestelle 8 benachbarten Ende einen Wärmefühler 72 auf und ist am rückwärtigen Ende der Mischkammer 20 sowohl mit einer Heizein­ richtung 9 als auch mit einem fünften Eingang 99 der Steuer- und Regeleinrichtung 5 verbunden, die über einen zweiten Ausgang 100 mit der Heizeinrichtung 9 verbunden ist.

Über einen sechsten Eingang 101 ist die Steuer- und Regeleinrichtung 5 mit einem Temperatur-Sollwertgeber 53 verbunden, über den die gewünschte Temperatur des thermoplastischen Kunststoffes am Ende der Förderein­ richtung 2 einstellbar ist, so daß die Heizelemente 27 sowie die Heizwendel 6 in bestimmter Weise angesteuert werden können.

Schließlich ist die Steuer- und Regeleinrichtung 5 über einen siebenten Eingang 102 und eine Leitung 93 mit einem zweiten Temperaturfühler 73 im Bereich der Ein­ zugskühlung verbunden und steuert über einen dritten Ausgang 103 die Kühlelemente 28, 29 so an, daß ein vor­ gegebener Temperaturwert im Bereich der Eingangsseite der Fördereinrichtung 2 nicht überschritten wird. Ein entsprechender Temperatur-Sollwert für den Bereich der Einzugskühlung wird von einem zweiten Temperatur-Soll­ wertgeber 54 an einen achten Eingang 105 der Steuer­ und Regeleinrichtung 5 abgegeben.

Über einen neunten Eingang 106 erhält die Steuer- und Regeleinrichtung 5 vom an der Ausgangsseite der Förder­ einrichtung 2 angeordneten Wärmefühler 71 die Tempera­ tur des viskosen Mediums am Ende der Fördereinrichtung 2 unter Berücksichtigung der dem viskosen Medium zuge­ führten Friktionswärme sowie von den äußeren Heizele­ menten 27 zugeführten Wärme. Über einen weiteren Aus­ gang 107 steuert die Steuer- und Regeleinrichtung 5 die Wärme des Heizelementes 27.

Im Betrieb wird über den Einfülltrichter 1 ein viskoses Medium, vorzugsweise in Granulatform der Fördereinrich­ tung 2 zugeführt und von der Förderschnecke 22 zur Aus­ gangsseite gefördert. Die an der Eingangsseite vorhan­ dene Einzugskühlung 28, 29 verhindert beispielsweise ein vorzeitiges Plastifizieren eines thermoplastischen Kunststoffes als viskoses Medium und damit ein Verkle­ ben der Eingangsseite nach einer Unterbrechung der För­ derung. Während der Förderung durch die Förderschnecke 22 wird der thermoplastische Kunststoff beispielsweise durch zunehmenden Kerndurchmesser der Förderschnecke 22 verdichtet, wobei durch die bei der Förderung auftre­ tende Reibungswärme und zusätzlich über die von den ggf. vorgesehenen Heizelementen 27 zugeführte Wärme der thermoplastische Kunststoff erwärmt und schließlich plastifiziert wird.

Der in die Mischkammer 20 gelangende plastifizierte thermoplastische Kunststoff wird mittels der in bestimm­ ter Geometrie angeordneten Heizwendel 6 durchmischt und in Abhängigkeit von der am Temperaturfühler 72 bzw. von der vom Temperaturfühler 71 ermittelten Temperatur-Ist­ wert aufgeheizt. Bei einer Unterbrechung der Entnahme kann somit durch sofortiges Abschalten der Energiezu­ fuhr zur Heizwendel 6 eine weitere Erwärmung des in der Mischkammer 20 befindlichen thermoplastischen Kunst­ stoffes verhindert werden. Damit wird vermieden, daß am Ort der stärksten Erhitzung des in der Kammer 21 befind­ lichen thermoplastischen Kunststoffes ein Überhitzen bzw. Verbrennen des Materials erfolgt.

Für die Dauer der Unterbrechung der Entnahme wird die Heizwendel 6 zur Aufrechterhaltung einer bestimmten Sollwerttemperatur im Inneren der Mischkammer 20 mit Energie versorgt. Dadurch ist es möglich, daß bei der anschließenden Entnahme des thermoplastischen Kunst­ stoffes sofort die gewünschte Sollwerttemperatur vor­ liegt.

Während der Entnahme des thermoplastischen Kunststoffes wird in Abhängigkeit vom jeweiligen Massestrom die Ener­ giezufuhr zur Heizwendel 6 so geregelt, daß der am Ther­ mofühler 72 erfaßte Temperatur-Istwert dem gewünschten Temperatur-Sollwert entspricht. Wird demzufolge der Massestrom verringert, d. h. die Verweilzeit des thermo­ plastischen Kunststoffes in der Kammer 21 erhöht, so kann unter Berücksichtigung einer verringerten Friktion die der Heizwendel 6 sowie ggf. dem Heizmantel 27 zuge­ führte Energie entsprechend herabgesetzt werden.

In Verbindung mit einer kombinierten Druck/Drehzahlrege­ lung kann durch die schnelle Temperaturregelung infolge der bekannten Abhängigkeit der Viskosität des thermo­ plastischen Kunststoffes von der Temperatur sicherge­ stellt werden, daß auch bei starker Entnahme unmittel­ bar im Anschluß an eine Pausenzeit ein konstanter Masse­ strom bei der Abgabe des thermoplastischen Kunststoffes gewährleistet ist, wobei Voraussetzung für eine schnelle Regelung des konstanten Massestromes ein ent­ sprechend schneller Antriebsmotor 24 ist, der in der Lage sein muß, während der Pausenzeit zur Kompensation der Druckverluste geringfügige Förderschnecken-Umdre­ hungen zu bewerkstelligen und gleichzeitig bei stark ansteigender Entnahme das erforderliche Drehmoment auf­ bringt, um die Förderschnecke 22 entsprechend stark zu beschleunigen bzw. entsprechend schnell zu drehen.

Der in Fig. 7 dargestellte Längsschnitt durch die Misch­ kammer zeigt im einzelnen die Anordnung und Geometrie der Heizwendel 6, die durch eine entsprechende Durchfüh­ rung 200 in der Mischkammerwand mit der Heizeinrichtung 9 bzw. der Steuer- und Regeleinrichtung 5 verbunden ist. Wie der Darstellung gemäß den Fig. 7 und 8, wobei letztere einem Querschnitt durch die Mischkammer 20 entlang der Linie A-A entspricht, zu entnehmen ist, sind die Wicklungen der Heizwendel 6 in Form von anein­ andergereihten Achten ausgeführt, die jeweils um 45° zueinander versetzt sind. Anstelle der aneinanderge­ reihten Achten ist selbstverständlich auch jede andere geometrische Form möglich, bei der die Wendeln in ent­ sprechendem Maße gegeneinander versetzt sind, so daß eine gute Durchmischung und Homogenisierung des vis­ kosen Mediums gewährleistet ist. Im Falle einer direk­ ten Erwärmung ohne Mischeffekt, kann eine geradlinige Heizwendel oder Heizpatrone verwendet werden. In Verbin­ dung mit der Länge der Mischkammer 20 sowie der Dicke der Heizwendel 6 wird erreicht, daß im Durchblick durch die Mischkammer jede beliebige Stelle des Querschnittes der Mischkammer von der Heizwendel belegt ist, so daß beim Durchströmen des thermoplastischen Kunststoffes jeder beliebige Strömungspfad auf einen Teil der Heiz­ wendel trifft. Dadurch wird erreicht, daß neben einer optimalen Durchmischung und Homogenisierung des thermo­ plastischen Kunststoffes keine sogenannten "kalten Stel­ len" auftreten können, die die Regelung der Abgabemenge bzw. Viskosität des thermoplastischen Kunststoffes beeinträchtigen könnten.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Mischkammer eine Länge von ca. 300 mm zur Aufnahme der Windungen der Heizwendel auf, die bei ca. 22 Windungen eine Länge von ca. 2,8 m aufweist, wobei der Innenquer­ schnitt der Mischkammer 20 ca. 334 cm² beträgt.

Selbstverständlich sind auch andere Wickelformen der Heizwendel 6 möglich, beispielsweise spiralförmige Win­ dungen mit ab- und zunehmendem Querschnitt oder gegen­ einander versetzte, mäanderförmige Windungen o.dgl..

Die Heizwendel 6 kann integral mit einem oder mehreren Wärmefühlern 71, 72 verbunden sein, wobei ein erster Wärmefühler 71 am Eintritt der Heizwendel in die Misch­ kammer 20 angeordnet ist, während ein zweiter Wärmefüh­ ler 72 am Austrittsende vorgesehen und so angeordnet ist, daß er in partiellem Kontakt mit der Wendel steht.

Vorzugsweise kann die Heizwendel 6 aus einer Wendelrohr­ patrone bestehen, wie sie in Fig. 9 dargestellt ist. Eine derartige Wendelrohrpatrone enthält einen Patronen­ mantel 62, in dem eine Heizleiterwendel 63 sowie ein Thermofühler mit Zuleitung angeordnet ist. Zwischen dem Patronenmantel, der Heizleiterwendel und dem Thermofüh­ ler ist hochverdichtetes Isoliermaterial 65 vorgesehen.

Die Wendelrohrpatrone kann in eine beheizte Zone 6 a, eine daran anschließende unbeheizte Zone 6 b und in einen Patronenkopf 6 c unterteilt werden, wobei in der unbeheizten Zone 6 b der zur Heizleiterwendel führende Heizleiterdraht untergebracht ist, während im Patronen­ kopf der Heizleiterdraht 66 durch eine flexible Litze 67 umgeben ist. Die beheizte sowie unbeheizte Zone 6 a bzw. 6 b kann in beliebiger Länge ausgeführt werden, so daß je nach Anforderung die Heizwendel mit einer länge­ ren oder kürzeren beheizten Zone ausgeführt werden kann.

Neben der oben dargestellten direkten Erwärmung des thermoplastischen Kunststoffes durch eine in einer Mischkammer angeordnete Heizwendel nach Art des "Tauch­ siederprinzips" sind auch andere Formen der direkten Er­ wärmung des in der Mischkammer befindlichen Materials möglich.

So kann beispielsweise dem thermoplastischen Kunststoff ein elektrisch leitfähiges Material in Form von leit­ fähigen Partikelchen zugesetzt werden, die eine induk­ tive Erwärmung im Bereich der Mischkammer durch an der Wandung der Mischkammer angebrachte Induktionsspulen er­ möglichen.

In ähnlicher Weise kann das in der Mischkammer befind­ liche Material durch Mikrowellenschwingungen erhitzt werden, wobei die zylindrische Wandung der Mischkammer aus keramischem Material oder Kunststoff besteht.

In Fig. 10a ist eine Seitenansicht einer auf einen Wickelkörper angeordneten Heizwendel 6 dargestellt, während Fig. 10b eine Seitenansicht der Anordnung gemäß Fig. 10a zeigt.

Fig. 11a zeigt isoliert den Wickelkörper der Anordnung und Fig. 10a und Fig. 11b zeigen eine Seitenansicht des Wickelkörpers gemäß Fig. 11a.

Die in Fig. 10a dargestellte Heizwendel 6 ist auf einen aus zwei senkrecht zueinander stehenden Wicklungskörper­ platten 91, 92 zusammengesetzten Wicklungskörper 90 gewickelt, wobei der Wicklungskörper 90 konisch ver­ lauende Abschnitte aufweist, die nach Art einer Sinus­ welle zusammengesetzt sind. In den Wicklungskörper­ platten sind Nuten 93 zur Aufnahme der Heizwendel 6 vorgesehen.

Am Ende der Heizwendel 6 ist ein Wärmefühler 72 inte­ gral mit der Heizwendel verbunden und ermöglicht die Erfassung der Austrittstemperatur des viskosen Mediums nach Verlassen der direkten Erwärmungseinrichtung.

Die Erwärmung der Heizwendel 6 erfolgt über eine Zu­ leitung 67, während der Wärmefühler 72 über eine kon­ zentrische Wicklung 64 nach außen geführt ist.

Der Wicklungskörper 90 dient sowohl zur Stützung und Formung der Heizwendel 6 als auch zur zusätzlichen Durchmischung des an ihm vorbeiströmenden viskosen Mediums. Zur Erhöhung des Durchmischungsgrades und damit der Homogenisierung des viskosen Mediums sind am Wicklungskörper 90 Klappen 94 vorgesehen, die vorzugs­ weise durch Ausstanzen aus den Wicklungskörperplatten 91, 92 gebildet werden. Die in den Darstellungen gemäß den Fig. 10a und 11a dargestellten Wicklungsklappen 94 können an verschiedenen Stellen im Bereich des Wick­ lungskörpers 90 angeordnet werden; je nach dem Grad der gewünschten Durchmischung.

Selbstverständlich sind auch andere Wicklungskörper­ formen als die dargestellte, aus konischen Abschnitten zusammengesetzte Form möglich und können je nach Art des viskosen Mediums sowie dessen Viskosität eingesetzt bzw. modifiziert werden.

Claims (16)

1. Vorrichtung zur Aufbereitung und Abgabe viskoser Medien mit einer Zufuhreinrichtung zur Zufuhr des vis­ kosen Mediums an einer Einspeisestelle, einer Förder­ einrichtung, die das viskose Medium von einer Einspeise­ stelle zu einer Entnahmestelle fördert und mit einer den Durchsatz regelnden Steuer- und Regeleinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Einspeise­ stelle (25) und der Entnahmestelle (50) eine Vorrich­ tung (6) zur direkten Erwärmung und Durchmischung des viskosen Mediums vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (6) zur direkten Erwärmung und Durchmischung des viskosen Mediums aus einer mit einer Heizeinrichtung (9) ver­ bunden Heizwendel (6) oder Heizpatrone besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2 für einen Extruder mit einer in einer Kammereinrichtung angeordneten und mit einer Antriebseinrichtung verbundenen Förderschnecke, mit einem Vorratsbehälter verbundenen Eingangsseite und einem an der Ausgangsseite der Kammer angeordneten Ver­ teiler, an den über ein Verbindungselement mindestens ein Werkzeug anschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizwendel (6) zum Erhitzen und Durchmischen des viskosen Mediums unmittel­ bar im Innenraum der Kammer (21) der Fördereinrichtung (2), vorzugsweise zwischen dem Verteiler (3) und dem Ende der Förderschnecke (22) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3 für einen Extruder mit einer in einer Kammereinrichtung angeord­ neten und mit einer Antriebseinrichtung verbundenen Förderschnecke, mit einem Vorratsbehälter verbundenen Eingangsseite und einem an der Ausgangsseite der Kammer angeordneten Verteiler, an den über ein Verbindungs­ element mindestens ein Werkzeug anschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizwendel (6) zum Erhitzen und Durchmischen des viskosen Mediums im Verteiler (3) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4 für einen Extruder mit einer in einer Kammereinrichtung angeordneten und mit einer Antriebseinrichtung ver­ bundenen Förderschnecke, mit einem Vorratsbehälter verbundenen Eingangsseite und einem an der Ausgangs­ seite der Kammer angeordneten Verteiler, an den über ein Verbindungselement mindestens ein Werkzeug an­ schließbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizwendel (6) zum Erhitzen und Durchmischen des viskosen Mediums im Verbindungselement (41) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5 für einen Extruder mit einer in einer Kammereinrichtung angeordneten und mit einer Antriebseinrichtung ver­ bundenen Förderschnecke, mit einem Vorratsbehälter verbundenen Eingangsseite und einem an der Ausgangs­ seite der Kammer angeordneten Verteiler, an den über ein Verbindungselement mindestens ein Werkzeug an­ schließbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizwendel (6) zum Erhitzen und Durchmischen des viskosen Mediums im Werk­ zeug (42) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuer- und Regelein­ richtung (5) vorgesehen ist, die eingangsseitig mit einem oder mehreren im Strömungsweg des viskosen Mediums angeordneten Temperaturfühlern (71-77) und der Heizeinrichtung (9) verbunden ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizwendel oder Heiz­ patrone (6) aus einer Rohrpatrone besteht, in der eine Heizleiterwendel (63), deren äußere Anschlüsse (67) mit einer Stromversorgungseinrichtung verbunden sind, und eine mit der Steuer- und Regeleinrichtung (5) verbun­ dene Thermoleitung (64) angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Thermofühler (71) am stromabwärts gelegenen Ende der Heizwendel (6) in der Weise angeordnet ist, daß der erste Temperatur­ fühler (71) an einem Teil der Heizwendel (6) abgestützt ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen oder Patronen der Heizwendel (6) über die Länge der Heiz­ wendel oder Heizstrecke so gegeneinander versetzt sind, daß der Massestrom des viskosen Mediums über die Länge der Heizwendel oder Heizstrecke an jeder Stelle der Innenfläche der Kammer (21) mit der Heizwendel oder Heizpatrone (7) in Berührung kommt und ein geradlinig parallel zur Kammerwand verlaufender Massepfad des viskosen Mediums an mindestens einer Stelle durch die Heizwendel oder Heizpatrone 6 unterbrochen wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen der Heiz­ wendel (6) aus einer fortlaufenden geometrischen Kon­ figuration besteht, die um jeweils eine bestimmte Grad­ zahl zueinander versetzt sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizwendel (6) auf einem zylindrischen, konischen oder mehrfach konisch verlaufenden Wicklungskörper (90) angeordnet ist, wobei der Wicklungskörper (90) mehrere Mischklappen (94) zur Strömungsverteilung aufweist.

13. Vorrichtung nach 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Wicklungsköper (90) aus zwei sich senkrecht kreuzenden Wicklungskörperplatten (91, 92) besteht, deren Außenseiten mit Nuten (93) zur Aufnahme der Heizwendel (6) versehen sind und daß die Mischklappen (94) aus von den Wicklungskörperplatten (91, 92) abgebogenen Plattenelementen bestehen.

14. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Fördereinrichtung (2), dem Verbindungselement (41) und dem Werkzeug (42) Heizelemente (6) angeordnet und mit einer Heizeinrich­ tung (9) in der Weise verbunden sind, daß das viskose Medium stufenweise von der Einspeisestelle (25) bis zur Entnahmestelle (50) erwärmt wird.

15. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem viskosen Medium elek­ trisch leitfähige Partikel zugesetzt sind und daß im Strömungsweg des viskosen Mediums induktive Heizeinrich­ tungen vorgesehen sind.

16. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil des Strömungsweges des viskosen Mediums aus einem elek­ trisch nicht leitfähigen Stoff, vorzugsweise Kunststoff oder Keramik besteht und daß an der Außenwand des Strömungsweges eine Mikrowellen-Heizeinrichtung vorge­ sehen ist.