AT526989B1 - Method and apparatus for processing or preparing polymer materials - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Polymermaterialien, wobei die zu bearbeitenden Polymermaterialien in einem Behälter (1) durch zumindest ein rotierendes Werkzeug (3a, 3b), bewegt, gemischt, erwärmt und gegebenenfalls zerkleinert werden, und wobei die stückig bzw. teilchenförmig vorliegenden Polymermaterialien anschließend aus dem Behälter (1) ausgebracht und in einen Förderer (6), insbesondere einen Extruder (6), vorzugsweise einen Doppel- oder Mehrschneckenextruder, eingebracht werden, wobei das Drehmoment des Förderers (6) gemessen wird und die Drehzahl des Werkzeugs oder zumindest eines der Werkzeuge (3a, 3b) in Abhängigkeit vom Drehmoment des Förderers (6) gesteuert bzw. verändert wird. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeuge (3a, 3b) im Behälter in zumindest zwei übereinanderliegenden Werkzeugebenen (30a, 30b) angeordnet sind und die Drehzahlen aller Werkzeuge (3a, 3b) in jeder Werkzeugebene (30a, 30b) in Abhängigkeit vom Drehmoment des Förderers (6), unabhängig voneinander getrennt, gesteuert werden.The invention relates to a method and a device for processing polymer materials, wherein the polymer materials to be processed are moved, mixed, heated, and optionally comminuted in a container (1) by at least one rotating tool (3a, 3b), and wherein the polymer materials, in their lumpy or particulate form, are subsequently discharged from the container (1) and fed into a conveyor (6), in particular an extruder (6), preferably a twin-screw or multi-screw extruder, wherein the torque of the conveyor (6) is measured and the rotational speed of the tool, or at least one of the tools (3a, 3b), is controlled or changed as a function of the torque of the conveyor (6). The invention is characterized in that the tools (3a, 3b) are arranged in the container in at least two superimposed tool planes (30a, 30b) and the rotational speeds of all tools (3a, 3b) in each tool plane (30a, 30b) are controlled independently of one another as a function of the torque of the conveyor (6).
Description
VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR BEARBEITUNG VON POLYMERMATERIALIEN METHOD AND DEVICE FOR PROCESSING POLYMER MATERIALS
[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bearbeitung bzw. Aufbereitung von Polymermaterialien, insbesondere von thermoplastischem Abfallkunststoff zu Recyclingzwecken, gemäß den Oberbegriffen von Anspruch 1 bzw. von Anspruch 14. [0001] The invention relates to a method and an apparatus for processing or preparing polymer materials, in particular thermoplastic waste plastic for recycling purposes, according to the preambles of claim 1 and claim 14 respectively.
[0002] Verfahren und Vorrichtungen, bei denen eine Kombination aus einem Behälter bzw. einer Preconditioning Unit (PCU) und einem daran angeschlossenen Förderer, insbesondere einem Extruder, zur Aufbereitung von Polymerabfällen, insbesondere von unterschiedlichen thermoplastischen Kunststoffen, eingesetzt werden, sind hinreichend bekannt. [0002] Methods and devices in which a combination of a container or a preconditioning unit (PCU) and a conveyor connected thereto, in particular an extruder, is used for the processing of polymer waste, in particular of different thermoplastic polymers, are well known.
[0003] Oft werden dabei vor ein Extrusionssystem Vorrichtungen zur Vorbehandlung der zu bearbeitenden Materialien geschaltet, beispielsweise bekannte Schneidverdichter bzw. Preconditioning Units (PCU), wobei es sich zumeist um direkt an einen Extruder angekoppelte Behälter mit umlaufenden Werkzeugen handelt. Diesem, dem Extrusionsprozess vorgelagerten, Aufbereitungsschritt in der PCU kommt dabei unter anderem auch die Aufgabe zu, die Form und Eigenschaften der Polymermaterialien entsprechend zu verändern. Dabei ist es zielführend Energie in das Material einzubringen. Die thermoplastischen Materialien werden in der Vorbehandlungseinheit unter anderem gemischt, erwärmt, erweicht, verdichtet, vorentgast, getrocknet, entfeuchtet, geschnitten, zerkleinert, kristallisiert und/oder homogenisiert und deren Schüttdichte wird erhöht. [0003] Often, devices for pretreating the materials to be processed are connected upstream of an extrusion system, for example, known cutting compactors or preconditioning units (PCUs), which are usually containers with rotating tools directly coupled to an extruder. This pretreatment step in the PCU, which precedes the extrusion process, has the task, among others, of modifying the shape and properties of the polymer materials accordingly. Introducing energy into the material is advantageous in this process. In the pretreatment unit, the thermoplastic materials are, among other things, mixed, heated, softened, compacted, pre-degassed, dried, dehumidified, cut, crushed, crystallized, and/or homogenized, and their bulk density is increased.
[0004] Die derart vorbehandelten Polymere werden dann in einen Extruder ausgebracht, um verdichtet, insbesondere aufgeschmolzen, zu werden. Solche Kombinationsvorrichtungen sind seit langem bekannt, beispielsweise aus der EP 2 558 263 oder der EP 2 689 908. [0004] The polymers thus pretreated are then fed into an extruder to be compacted, in particular melted. Such combination devices have been known for a long time, for example from EP 2 558 263 or EP 2 689 908.
[0005] Durch die im Behälter bzw. der PCU umlaufenden Misch- und Zerkleinerungswerkzeuge wird auch der Befüllungs- bzw. Beschickungsvorgang des an den Behälter angeschlossenen Förderers oder Extruders unterstützt. Sowohl der Fördervorgang, aber auch der Extrusionsvorgang, ist in der Regel dann besonders effizient, wenn der Befüllungsgrad der Schnecke gleichbleibend und ausreichend hoch ist. Der Bereich der Beschickung des Förderers oder Extruders ist also sensibel und hat maßgeblichen Miteinfluss auf das zu erreichende Endergebnis bzw. die Qualität der Rezyklate. In diesem Zusammenhang spielen beispielsweise auch der Abstand der Mischund Zerkleinerungswerkzeuge zur Förder- oder Extruderschnecke, die Form und Größe der Beschickungsöffnung, die Drehrichtung der Mischwerkzeuge im Verhältnis zur Förderrichtung des Förderers oder Extruders eine gewisse Rolle, allerdings auch auf Seiten des Förderers oder Extruders unter anderem das Profil des Schneckensteges, die Form des Schneckengrundes bzw. die freie offene Fläche des Schneckenganges. Bei einem ungünstigen Einzugsverhalten des Förderers oder Extruders kann es beispielsweise zu einem Pumpen des Volumendurchsatzes kommen, d.h. zu einer Veränderung des Durchsatzes über die Zeit, wobei dies für einen verlässlichen Betrieb und für die Qualität der Rezyklate nachteilig ist. [0005] The mixing and grinding tools circulating in the container or PCU also support the filling or feeding process of the conveyor or extruder connected to the container. Both the conveying and extrusion processes are generally most efficient when the screw filling level is constant and sufficiently high. The feeding area of the conveyor or extruder is therefore sensitive and has a significant influence on the final result and the quality of the recyclates. In this context, factors such as the distance of the mixing and grinding tools from the conveyor or extruder screw, the shape and size of the feeding opening, and the direction of rotation of the mixing tools relative to the conveying direction of the conveyor or extruder play a role. On the conveyor or extruder side, factors such as the profile of the screw flight, the shape of the screw base, and the free open area of the screw channel are also important. If the feed behavior of the conveyor or extruder is unfavorable, the volumetric throughput can, for example, pump, i.e., the throughput can change over time, which is detrimental to reliable operation and the quality of the recyclates.
[0006] Es hat daher im Stand der Technik nicht an Versuchen gefehlt, den sensiblen Bereich der Beschickung bzw. des Einzugs eines Förderers oder Extruders entweder konstruktiv anzupassen bzw. SO zu gestalten, dass das Einzugsverhalten und die Befütterung der Schnecke bestmöglich unterstützt werden und beispielsweise auch toleranter gegen betriebsbedingte Materialunterschiede wird. [0006] Therefore, in the prior art there has been no shortage of attempts to either constructively adapt or design the sensitive area of the feeding or infeed of a conveyor or extruder in such a way as to best support the infeed behavior and feeding of the screw and, for example, to make it more tolerant of operational material differences.
[9007] Insbesondere um besondere Materialgüten zu erreichen und auch um diese Materialien zu Compoundieren werden neben Einschneckenextrudern auch Doppelschnecken- oder Mehrwellen-Extruder eingesetzt. Diese Extrudersysteme sind ebenfalls direkt an die PCU angekoppelt. Dabei bringt die unterste Werkzeugebene des Behälters, die bevorzugt aus einer Scheibe bestehen kann, auf die Werkzeuge montiert werden können, und im Bereich der Extruderöffnung lokalisiert ist, die vorbehandelten Materialien in die Extrusionsvorrichtung ein. [9007] In particular, to achieve special material qualities and also to compound these materials, twin-screw or multi-screw extruders are used in addition to single-screw extruders. These extruder systems are also directly coupled to the PCU. The lowest tool level of the container, which preferably consists of a disk onto which tools can be mounted and is located in the area of the extruder opening, feeds the pretreated materials into the extrusion device.
[0008] Die Anzahl der Stopfzyklen der Werkzeuge der untersten Werkzeugebene im Bereich der Förderöffnung oder Extruderöffnung hat generell einen besonderen Einfluss auf den Füllgrad des [0008] The number of packing cycles of the tools of the lowest tool level in the area of the conveying opening or extruder opening generally has a particular influence on the fill level of the
Förderers oder Extruders. Weiters ist die mittlere Schüttdichte der Materialien in der PCU, insbesondere im untersten Bereich der PCU, entsprechend der mittleren Verdichtung, für den Füllgrad mitverantwortlich. Dabei ist es relativ unerheblich, ob der Förderer oder Extruder von der Seite oder im Bereich des Zwickels der Doppelschnecke befüllt wird, oder mit welcher Drehrichtung der Werkzeuge die Förderöffnung oder Extruderöffnung befüllt wird. Conveyor or extruder. Furthermore, the average bulk density of the materials in the PCU, especially in the lowest part of the PCU, is partly responsible for the fill level, corresponding to the average compaction. It is relatively irrelevant whether the conveyor or extruder is filled from the side or in the area of the twin screw's cleavage, or with which direction of rotation the tools fill the conveying or extruder opening.
[0009] Das in den Förderer oder Extruder eingezogene Material wird unmittelbar weitertransportiert und es ergibt sich ein vom Füllgrad abhängiger Drehmoment-Verlauf des Antriebs des Förderers oder Extruders. Grundsätzlich wird versucht den Drehmoment-Verlauf des Förderers oder Extruders bzw. den Füllgrad des Förderers oder Extruders möglichst konstant zu halten. Das ergibt eine qualitativ gute Aufschmelzung der Polymere, ohne dass es zu Scherspitzen, die zu einer Übertemperatur der Polymer-Schmelze führen können, kommt. [0009] The material drawn into the conveyor or extruder is immediately conveyed further, resulting in a torque profile of the conveyor or extruder drive that depends on the fill level. The aim is generally to keep the torque profile of the conveyor or extruder, or the fill level of the conveyor or extruder, as constant as possible. This results in high-quality polymer melting without shear peaks that could lead to overheating of the polymer melt.
[0010] Eine zu starke Unterfütterung des Förderers oder Extruders, also ein zu geringer Füllgrad, kann zu Durchsatzverlusten und zu Scherspitzen führen, aber auch in schlecht homogenisierten Polymeren resultieren. Es ist für die Qualität der Rezyklate und die WMirtschaftlichkeit dementsprechend vorteilhaft, den Füllgrad des Förderers oder Extruders konstant zu halten. [0010] Excessive underfilling of the conveyor or extruder, i.e., insufficient fill level, can lead to throughput losses and shear peaks, and can also result in poorly homogenized polymers. Therefore, maintaining a constant fill level of the conveyor or extruder is advantageous for the quality of the recyclates and for economic efficiency.
[0011] In Fig. 4 ist beispielhaft eine unvorteilhafte Drehmomentveränderung des Extruders in Abhängigkeit von der Drehzahl des Werkzeugs dargestellt. Hier wurde beispielsweise die Drehzahl des Werkzeugs variiert, um zu versuchen den Bedürfnissen des einkommenden Materials in Richtung Feuchtigkeit, Verdichtung und Materialtemperatur in der PCU Genüge zu tun, was in deutlichen, und u.a. für das Fütterungsverhalten und die Materialqualität nachteiligen, Schwankungen des Drehmoments des Extruders und der Drehzahl der Werkzeuge resultierte. [0011] Figure 4 shows an example of an unfavorable change in the torque of the extruder as a function of the rotational speed of the die. Here, for example, the rotational speed of the die was varied in an attempt to meet the requirements of the incoming material with regard to moisture, density, and material temperature in the PCU, which resulted in significant fluctuations in the torque of the extruder and the rotational speed of the die, which were detrimental to the feeding behavior and material quality, among other things.
[0012] Bereits eine bloße Durchmischung der Materialien in der PCU wirkt bis zu einem gewissen (geringen) Grad dämpfend auf allfällige Schüttdichtenschwankung der Eingangsmaterialien. Eine Durchmischung allein und oftmals auch eine intensive Vorbehandlung der Materialien in der PCU ist allerdings in einigen Fällen nicht ausreichend und es gelingt nicht in allen Fällen die Schüttdichte über längere Zeit ausreichend konstant zu halten. Vielmehr schwankt die Schüttdichte der aufbereiteten Materialien über die Zeit von einem Mittelwert nach oben und nach unten. Dies ist bereits nachteilig und bewirkt die beschriebenen Nachteile. [0012] Even the mere mixing of the materials in the PCU has a dampening effect, to a certain (small) degree, on any bulk density fluctuations of the input materials. However, mixing alone, and often even intensive pretreatment of the materials in the PCU, is insufficient in some cases, and it is not always possible to maintain a sufficiently constant bulk density over a longer period. Rather, the bulk density of the processed materials fluctuates over time from an average value up and down. This is already a disadvantage and causes the described drawbacks.
[0013] Die JP 2002059021 A und die WO 2012164424 A2 beschreiben gattungsgemäße Vorrichtungen und damit durchgeführte Verfahren. Es liegt jeweils ein rotierendes Werkzeug zur Zerkleinerung von Altstoffen vor und jenes zerkleinerte Material wird im Anschluss insbesondere in einem Extruder weiterbearbeitet. Dabei wird das Drehmoment des Extruders gemessen und die Drehzahl des zerkleinernden Werkzeugs wird in Abhängigkeit des Drehmoments gesteuert. [0013] JP 2002059021 A and WO 2012164424 A2 describe devices of this type and methods carried out with them. In each case, a rotating tool is used for shredding waste materials, and the shredded material is subsequently processed further, in particular in an extruder. The torque of the extruder is measured, and the rotational speed of the shredding tool is controlled as a function of the torque.
[0014] Es ist damit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art bereitzustellen, mit der der Füllgrad des Förderers oder des Extruders möglichst konstant gehalten werden kann. [0014] It is therefore an object of the present invention to provide a method or device of the type mentioned at the outset with which the fill level of the conveyor or extruder can be kept as constant as possible.
[0015] Diese Aufgabe wird verfahrensgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Dementsprechend wird ein Verfahren zur Bearbeitung bzw. Aufbereitung von Polymermaterialien, insbesondere von thermoplastischem Abfallkunststoff zu Recyclingzwecken, vorgesehen, wobei die zu bearbeitenden Polymermaterialien in einem Behälter oder Schneidverdichter oder einer Preconditioning Unit (PCU) durch zumindest ein drehbares bzw. rotierendes Werkzeug, gegebenenfalls mehrere drehbare bzw. rotierende Werkzeuge, bewegt, gemischt, erwärmt und gegebenenfalls zerkleinert werden, und wobei die stückig bzw. teilchenförmig vorliegenden Polymermaterialien anschließend aus dem Behälter ausgebracht und in einen Förderer oder Extruder, eingebracht werden, insbesondere um dort weiter verdichtet und aufgeschmolzen oder agglomeriert zu werden, wobei das Drehmoment des Förderers oder Extruders gemessen wird, und die Drehzahl des Werkzeugs oder zumindest eines der Werkzeuge in Abhängigkeit vom gemessenen Drehmoment des Förderers oder Extruders gesteuert bzw. verändert wird. [0015] This problem is solved by the characterizing features of claim 1. Accordingly, a method for processing or preparing polymer materials, in particular thermoplastic waste plastic for recycling purposes, is provided, wherein the polymer materials to be processed are moved, mixed, heated and optionally comminuted in a container or cutting compactor or a preconditioning unit (PCU) by at least one rotatable or rotating tool, optionally several rotatable or rotating tools, and wherein the polymer materials, which are present in lumpy or particulate form, are subsequently discharged from the container and introduced into a conveyor or extruder, in particular to be further compacted and melted or agglomerated there, wherein the torque of the conveyor or extruder is measured, and the rotational speed of the tool or at least one of the tools is controlled or changed as a function of the measured torque of the conveyor or extruder.
[0016] Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass die Werkzeuge im Behälter in zumindest zwei übereinanderliegenden Werkzeugebenen angeordnet sind und die Drehzahlen aller Werkzeuge in jeder Werkzeugebene in Abhängigkeit vom Drehmoment des Förderers, unabhängig [0016] According to the invention, it is provided that the tools are arranged in the container in at least two superimposed tool planes and that the rotational speeds of all tools in each tool plane depend on the torque of the conveyor, independently
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voneinander getrennt, gesteuert werden. They can be controlled separately from each other.
[0017] Diese Aufgabe wird vorrichtungsgemäß analog durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 14 gelöst. Dementsprechend wird eine Vorrichtung zur Bearbeitung bzw. Aufbereitung von Polymermaterialien, insbesondere von thermoplastischem Abfallkunststoff zu Recyclingzwecken, vorgesehen, die insbesondere zur Durchführung des obigen Verfahrens geeignet ist, mit zumindest einem Behälter oder Schneidverdichter oder einer Preconditioning Unit (PCU) für das zu bearbeitende Material, wobei im Behälter zumindest ein um eine Drehachse drehbares bzw. rotierendes Werkzeug, gegebenenfalls mehrere drehbare bzw. rotierende Werkzeuge, zur Bewegung, Mischung, Erwärmung und gegebenenfalls Zerkleinerung des Materials angeordnet ist bzw. sind, wobei im Behälter eine Behälteröffnung ausgebildet ist, durch die das vorbehandelte Material aus dem Inneren des Behälters ausbringbar ist. Die Behälteröffnung ist insbesondere in einer Seitenwand des Behälters ausgebildet, insbesondere im Bereich des bzw. der Höhe des untersten oder bodennächsten Werkzeugs. Weiter ist zumindest ein Förderer oder ein Extruder zur Aufnahme des aus dem Behälter über die Behälteröffnung ausgebrachten Materials vorgesehen. [0017] This problem is solved analogously by the characterizing features of claim 14. Accordingly, a device for processing or preparing polymer materials, in particular thermoplastic waste plastic for recycling purposes, is provided, which is particularly suitable for carrying out the above method, with at least one container or cutting compactor or a preconditioning unit (PCU) for the material to be processed, wherein at least one rotatable or rotating tool, optionally several rotatable or rotating tools, for moving, mixing, heating and optionally comminuting the material is/are arranged in the container, wherein a container opening is formed in the container through which the pretreated material can be discharged from the interior of the container. The container opening is formed in particular in a side wall of the container, especially in the region or at the height of the lowest or bottom-adjacent tool. Furthermore, at least one conveyor or extruder is provided for receiving the material discharged from the container via the container opening.
[0018] Weiters ist dabei vorgesehen, dass eine Messeinrichtung zur Messung des Drehmoments des Förderers oder Extruders vorgesehen ist, dass eine mit der Messeinrichtung in Kommunikationsverbindung bzw. Datenkommunikation stehende Steuerungseinrichtung zur Steuerung der Drehzahl des Werkzeugs oder zumindest eines der Werkzeuge vorgesehen ist, wobei die Steuerungseinrichtung dazu ausgebildet und/oder eingerichtet ist, die Drehzahl des Werkzeugs in Abhängigkeit vom Drehmoment des Förderers oder Extruders zu steuern. Die Steuerungseinrichtung steuert also die Drehzahl des Werkzeugs in Abhängigkeit vom von der Messeinrichtung gemessenen Drehmoment des Förderers oder Extruders. [0018] Furthermore, it is provided that a measuring device for measuring the torque of the conveyor or extruder is provided, and that a control device in communication or data communication with the measuring device is provided for controlling the rotational speed of the tool or at least one of the tools, wherein the control device is designed and/or configured to control the rotational speed of the tool as a function of the torque of the conveyor or extruder. The control device thus controls the rotational speed of the tool as a function of the torque of the conveyor or extruder measured by the measuring device.
[0019] Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass im Behälter mehrere, zumindest zwei, Werkzeuge in verschiedenen Werkzeugebenen oder in verschiedenen Abständen zur Bodenfläche oder untersten Bereich des Behälters angeordnet sind und dass die Werkzeuge im Behälter in zumindest zwei übereinanderliegenden Werkzeugebenen angeordnet sind und dass die Drehzahlen aller Werkzeuge in jeder Werkzeugebene durch die Steuerungseinrichtung jeweils in Abhängigkeit vom Drehmoment des Förderers, unabhängig voneinander getrennt, steuerbar sind. [0019] According to the invention, it is provided that several, at least two, tools are arranged in the container in different tool planes or at different distances from the bottom surface or lowest area of the container, and that the tools are arranged in the container in at least two superimposed tool planes, and that the rotational speeds of all tools in each tool plane can be controlled independently of each other by the control device depending on the torque of the conveyor.
[0020] Es wird somit erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Drehzahl, mit der das bzw. die Werkzeuge in der PCU bzw. im Behälter rotieren, über das Drehmoment des Förderers oder Extruders direkt zu beeinflussen, zu steuern bzw. zu ändern. Durch die derart angepassten Drehzahlen der Werkzeuge werden die Stopfzyklen in das Fördersystem oder Extrudersystem direkt beeinflusst und verändert sich entsprechend der Füllgrad der Schneckengänge des Förderers oder Extruders und in weiterer Folge wiederum das Drehmoment des Förderers oder Extruders. Auf diese Weise kann der Füllgrad des Förderers oder Extruders konstant gehalten werden. Das Befütterungsverhalten der Schnecke wird verbessert und der Durchsatz sowie die Durchsatzkonstanz wird ebenfalls verbessert. Das Gesamtsystem aus Schneidverdichter und Förderer oder Extruder wird dadurch stabiler und leistungsfähiger. Weiters kann die Qualität der erhaltenen Polymermaterialien erhöht und die Wirtschaftlichkeit im Betrieb gesteigert werden. [0020] According to the invention, it is therefore proposed to directly influence, control, or change the rotational speed of the tool(s) in the PCU or in the container via the torque of the conveyor or extruder. The adjusted tool rotational speeds directly influence the feeding cycles into the conveyor or extruder system, thereby changing the fill level of the screw flights of the conveyor or extruder and, consequently, the torque of the conveyor or extruder. In this way, the fill level of the conveyor or extruder can be kept constant. The screw feeding behavior is improved, and the throughput and throughput consistency are also enhanced. The overall system of cutting compactor and conveyor or extruder becomes more stable and efficient as a result. Furthermore, the quality of the polymer materials obtained can be increased, and operational efficiency can be improved.
[0021] Grundsätzlich sind die erwähnten Effekte bei allen Förderern oder Extrudern relevant und präsent, das heißt nicht nur bei komprimierenden Schnecken für Extruder bzw. Agglomeratoren, sondern auch bei nicht oder weniger komprimierenden Schnecken mit überwiegender oder reiner Förderfunktion. [0021] In principle, the effects mentioned are relevant and present in all conveyors or extruders, that is, not only in compressing screws for extruders or agglomerators, but also in non- or less compressing screws with a predominant or pure conveying function.
[0022] Unter dem allgemeinen Begriff „Förderer“ werden vorliegend sowohl Anlagen mit nicht komprimierenden oder dekomprimierenden Schnecken, als auch Anlagen mit komprimierenden Schnecken, also mit Extruderschnecken mit agglomerierender oder plastifizierender Wirkung, verstanden. [0022] The general term “conveyor” is understood to include both systems with non-compressing or decompressing screws and systems with compressing screws, i.e., extruder screws with agglomerating or plasticizing effect.
[0023] Unter den Begriffen „Extruder“ bzw. „Extruderschnecke“ werden in vorliegendem Text Förderer bzw. Förderschnecken verstanden, mit denen das Material vollständig oder teilweise aufgeschmolzen wird, also klassische Extruder, aber auch Förderer bzw. Förderschnecken, mit de-[0023] In this text, the terms “extruder” and “extruder screw” are understood to mean conveyors and conveying screws with which the material is completely or partially melted, i.e., classic extruders, but also conveyors and conveying screws with de-
nen das erweichte Material nur agglomeriert, jedoch nicht aufgeschmolzen wird. Bei solchen agglomerierenden Schnecken bzw. Agglomerierschnecken wird das Material nur kurzzeitig stark komprimiert und geschert, nicht aber plastifiziert. Die Agglomerierschnecke liefert daher an ihrem Ausgang Material, welches nicht vollkommen geschmolzen ist, sondern aus nur an ihrer Oberfläche angeschmolzenen Teilchen besteht, die gleichsam einer Sinterung zusammengebacken sind. In beiden Fällen wird jedoch während des Förderns über die Schnecke Druck auf das Material ausgeübt und dieses verdichtet. The softened material is only agglomerated, but not melted. With such agglomerating screws, the material is only briefly subjected to strong compression and shearing, but not plasticized. The agglomerating screw therefore delivers material at its outlet that is not completely molten, but consists of particles that are only partially melted on their surface and are fused together, similar to sintering. In both cases, however, pressure is exerted on the material during conveying via the screw, thus compacting it.
[0024] Systeme zur Messung des Drehmoments von Förderern oder Extrudern sind bekannt. So kann bei Extrudern beispielsweise im Verbindungsbereich zwischen der Getriebe-Abtriebswelle und der Extruderwelle eine Drehmoment-Erfassungseinheit zur berührungslosen Erfassung des über die Getriebe-Abtriebswelle und den Verbindungsbereich auf die Extruderwelle übertragbaren Drehmoments angeordnet sein. Auch andere Systeme zur kontinuierlichen Überwachung der Drehmomente von Förderern oder Extrudern sind bekannt, beispielsweise Drehmoment-Sensoren nach dem Prinzip der Magnetostriktion. Derartige Systeme dienen vor allem dazu mögliche Überlastsituationen zu erkennen und ausschließen, um den Extruder zB näher an die Lastgrenzen betreiben zu können, um die Antriebsleistung oder die Drehmomentdichte zu steigern. [0024] Systems for measuring the torque of conveyors or extruders are known. For example, in extruders, a torque detection unit can be arranged in the connection area between the gearbox output shaft and the extruder shaft for non-contact detection of the torque transmitted to the extruder shaft via the gearbox output shaft and the connection area. Other systems for continuously monitoring the torques of conveyors or extruders are also known, for example, torque sensors based on the principle of magnetostriction. Such systems primarily serve to detect and eliminate possible overload situations in order to operate the extruder, for example, closer to its load limits in order to increase the drive power or the torque density.
[0025] Vorteilhafterweise wird das Drehmoment des Förderers oder Extruders laufend in definierten, insbesondere regelmäßigen, Abständen, gemessen. Eine vorteilhafte Vorrichtung ist entsprechend dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung dazu ausgebildet und eingerichtet ist, das Drehmoment des Förderers oder Extruders laufend in definierten, insbesondere regelmäBigen, Abständen, zu messen. [0025] Advantageously, the torque of the conveyor or extruder is continuously measured at defined, in particular regular, intervals. An advantageous device is accordingly characterized in that the measuring device is designed and configured to continuously measure the torque of the conveyor or extruder at defined, in particular regular, intervals.
[0026] Dies bedeutet, dass das Drehmoment während der Dauer des Verfahrens entweder zu vorab definierten Zeitpunkten oder in definierten Zeitintervallen bzw. -abständen gemessen wird und die Daten an die Steuereinrichtung übertragen werden, um rasch und laufend auf Änderungen reagieren und die Drehzahl der Werkzeuge einstellen zu können. [0026] This means that the torque is measured during the duration of the process either at predefined times or at defined time intervals and the data are transmitted to the control device in order to be able to react quickly and continuously to changes and to adjust the speed of the tools.
[0027] Vorteilhafterweise wird der Förderer oder der Extruder mit einer fixen Drehzahl betrieben. Eine vorteilhafte Vorrichtung ist entsprechend dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung dazu ausgebildet und eingerichtet ist, den Förderer oder Extruder mit einer fixen Drehzahl zu betreiben. [0027] Advantageously, the conveyor or extruder is operated at a fixed speed. An advantageous device is accordingly characterized in that the control device is designed and configured to operate the conveyor or extruder at a fixed speed.
[0028] Läuft der Förderer oder Extruder mit einer fixen Drehzahl nEx = const [rpm], so ergeben sich bei variabler Drehzahl der Werkzeuge nW [rpm] unterschiedliche Stopfzyklen pro Drehzahl nEx. Somit verändert sich der Füllgrad der Schneckengänge und in weiterer Folge das Drehmoment des Förderers oder Extruders MEx [Nm]. [0028] If the conveyor or extruder runs at a fixed speed nEx = const [rpm], then with a variable speed of the tools nW [rpm], different packing cycles result per speed nEx. Thus, the fill level of the screw flights changes and consequently the torque of the conveyor or extruder MEx [Nm].
[0029] Vorteilhafterweise wird bei steigendem Drehmoment des Förderers oder Extruders die Drehzahl des Werkzeugs verringert bzw. bei sinkendem Drehmoment des Förderers oder Extruders die Drehzahl des Werkzeugs erhöht. Eine vorteilhafte Vorrichtung ist entsprechend dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung dazu ausgebildet und eingerichtet ist, bei steigendem Drehmoment des Förderers oder Extruders die Drehzahl des Werkzeugs zu verringern und/oder bei sinkendem Drehmoment des Förderers oder Extruders die Drehzahl des Werkzeugs zu erhöhen. [0029] Advantageously, as the torque of the conveyor or extruder increases, the rotational speed of the tool is reduced, and conversely, as the torque of the conveyor or extruder decreases, the rotational speed of the tool is increased. An advantageous device is accordingly characterized in that the control device is designed and configured to reduce the rotational speed of the tool as the torque of the conveyor or extruder increases and/or to increase the rotational speed of the tool as the torque of the conveyor or extruder decreases.
[0030] Die Drehzahl der Werkzeuge nWE [rpm] in der PCU wird als Funktion des Drehmoments des Förderers oder Extruders MEx [Nm] definiert. Wenn dementsprechend bei steigendem Drehmoment des Förderers oder Extruders die Drehzahl der Werkzeuge verringert wird, führt dies zu fallenden Stopfzyklen und somit zu einem geringeren Füllgrad des Förderers oder Extruders bzw. der Schneckengänge des Förderers oder Extruders. Dies führt wiederum zu einem Sinken des Drehmoments des Förderers oder Extruders. Dies kann durch einen PID Regler entsprechend abgebildet werden. [0030] The rotational speed of the tools nWE [rpm] in the PCU is defined as a function of the torque of the conveyor or extruder MEx [Nm]. Accordingly, if the rotational speed of the tools decreases with increasing torque of the conveyor or extruder, this leads to fewer feed cycles and thus to a lower fill level of the conveyor or extruder or the screw flights of the conveyor or extruder. This in turn leads to a decrease in the torque of the conveyor or extruder. This can be implemented accordingly by a PID controller.
[0031] Vorteilhafterweise erfolgt die Steuerung der Drehzahl des Werkzeugs so, dass das Drehmoment des Förderers oder Extruders konstant bleibt bzw. die Schwankungen des Drehmoments kleiner als +/- 5 %, vorzugsweise kleiner als +/- 3 %, sind. Eine vorteilhafte Vorrichtung ist entsprechend dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung dazu ausgebildet ist, die [0031] Advantageously, the rotational speed of the tool is controlled such that the torque of the conveyor or extruder remains constant or the fluctuations in torque are less than +/- 5%, preferably less than +/- 3%. An advantageous device is accordingly characterized in that the control device is designed to...
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Drehzahl des Werkzeugs so einzustellen, dass das Drehmoment des Förderers oder Extruders konstant bleibt bzw. halbbar ist bzw. die Schwankungen des Drehmoments kleiner als +/- 5 %, vorzugsweise kleiner als +/- 3 %, sind. The speed of the tool should be adjusted so that the torque of the conveyor or extruder remains constant or is half-barred, or the fluctuations in torque are less than +/- 5%, preferably less than +/- 3%.
[0032] Auf diese Weise kann erreicht werden, dass der Drehmomentverlauf des Förderers oder Extruders möglichst konstant gehalten wird und Spitzen bzw. größere Anderungen vermieden werden. [0032] In this way, it can be achieved that the torque profile of the conveyor or extruder is kept as constant as possible and peaks or larger changes are avoided.
[0033] Vorteilhafterweise erfolgt die Steuerung der Drehzahl des Werkzeugs so, dass der Füllgrad des Förderers oder Extruders konstant bleibt bzw. die Schwankungen des Füllgrads gering/kleiner als +/- 10 %, vorzugsweise kleiner als +/- 5 %, sind. Eine vorteilhafte Vorrichtung ist entsprechend dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung dazu ausgebildet ist, die Drehzahl des Werkzeugs so einzustellen, dass der Füllgrad des Förderers oder Extruders konstant bleibt bzw. halbbar ist bzw. die Schwankungen des Füllgrads gering/kleiner als +/- 10%, vorzugsweise kleiner als +/- 5 %, sind. [0033] Advantageously, the rotational speed of the tool is controlled such that the fill level of the conveyor or extruder remains constant, or that the fluctuations in the fill level are small/less than +/- 10%, preferably less than +/- 5%. An advantageous device is accordingly characterized in that the control device is designed to adjust the rotational speed of the tool so that the fill level of the conveyor or extruder remains constant or is half-barred, or that the fluctuations in the fill level are small/less than +/- 10%, preferably less than +/- 5%.
[0034] Wie einleitend erwähnt, ist es auch hinsichtlich Qualität des Endprodukts und Wirtschaftlichkeit sinnvoll, den Füllgrad des Förderers oder Extruders bzw. der Schnecke(n) des Förderers oder Extruders, z.B. definiert in kg/Umdrehung, möglichst konstant zu halten. Der Füllgrad des Förderers oder Extruders kann praxistauglich ermittelt bzw. berechnet werden oder kann zB über eine Druckmessung in der Schnecke oder über Ultraschallmessung erfolgen, wie zB in der AT 505618 B1 beschrieben. [0034] As mentioned in the introduction, it is also advantageous with regard to the quality of the end product and economic efficiency to keep the fill level of the conveyor or extruder, or of the screw(s) of the conveyor or extruder, e.g., defined in kg/revolution, as constant as possible. The fill level of the conveyor or extruder can be determined or calculated in a practical manner, or can be measured, for example, by pressure measurement in the screw or by ultrasonic measurement, as described, for example, in AT 505618 B1.
[0035] Teilweise folgt die Materialaufbereitung bzw. -vorbereitung allerdings anderen Regeln als die Beschickung des Förderers oder Extruders. So können es beispielsweise unterschiedliche Parameter im Eingangsmaterial, zB stark variable Feuchten, nötig machen, die Drehzahl der Werkzeuge relativ hoch zu halten, um bei einem vorgegebenen Setup der Werkzeuge ausreichend Energie in das Material einzubringen, zB um sowohl die Verdampfung der Feuchte aufrecht zu erhalten als auch die Verdichtung zu erreichen. Dadurch kann der Freiheitsgrad der Drehzahl der Werkzeuge eingeschränkt sein. [0035] In some cases, however, material preparation follows different rules than the feeding of the conveyor or extruder. For example, different parameters in the input material, such as highly variable moisture content, may necessitate keeping the rotational speed of the tools relatively high in order to introduce sufficient energy into the material with a given tool setup, e.g., to maintain both the evaporation of moisture and to achieve compaction. This can restrict the degree of freedom of the tool rotational speed.
[0036] Vorteilhafterweise erfolgt die Steuerung der Drehzahl des Werkzeugs so, dass die Drehzahl des Werkzeugs nicht unter eine bestimmte Minimal-Drehzahl fällt. Eine vorteilhafte Vorrichtung ist entsprechend dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung dazu ausgebildet ist, die Drehzahl des Werkzeugs so einzustellen, dass die Drehzahl des Werkzeugs nicht unter eine bestimmte Minimal-Drehzahl fällt. [0036] Advantageously, the speed of the tool is controlled such that the speed of the tool does not fall below a certain minimum speed. An advantageous device is accordingly characterized in that the control device is designed to adjust the speed of the tool so that the speed of the tool does not fall below a certain minimum speed.
[0037] Auf diese Weise wird gewährleistet, dass das Drehmoment des Förderers oder Extruders tunlichst konstant gehalten wird, gleichzeitig aber trotzdem jedenfalls immer ausreichend Energie in das zu bearbeitende Material eingebracht werden kann. [0037] In this way, it is ensured that the torque of the conveyor or extruder is kept as constant as possible, while at the same time ensuring that sufficient energy is always introduced into the material being processed.
[0038] Um unterschiedliche Parameter im Eingangsmaterial auszugleichen und eine gute Bearbeitung zu gewährleisten, kann es vorteilhaft sein, wenn die Drehzahl des Werkzeugs zusätzlich auch unabhängig vom Drehmoment des Förderers oder Extruders einstellbar, insbesondere erhöhbar, ist. Eine vorteilhafte Vorrichtung ist entsprechend dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl des Werkzeugs zusätzlich auch unabhängig vom Drehmoment des Förderers oder Extruders einstellbar, insbesondere erhöhbar, ist. [0038] To compensate for different parameters in the input material and to ensure good processing, it can be advantageous if the rotational speed of the tool is also adjustable, and in particular can be increased, independently of the torque of the conveyor or extruder. An advantageous device is accordingly characterized in that the rotational speed of the tool is also adjustable, and in particular can be increased, independently of the torque of the conveyor or extruder.
[0039] Damit ist eine größere Flexibilität bei der Bearbeitung erreichbar und kann zB auf Unterschiede bei den zu bearbeitenden Materialien reagiert werden. Vor allem muss bei gewissen Anforderungen die Drehzahl der Werkzeuge höher sein und kann nicht verringert werden, da sonst zu wenig Energie ins Material eingebracht werden würde. [0039] This allows for greater flexibility in machining and makes it possible, for example, to react to differences in the materials being machined. In particular, for certain requirements the rotational speed of the tools must be higher and cannot be reduced, as otherwise too little energy would be transferred into the material.
[0040] Erfindungsgemäß sind die Werkzeuge im Behälter in zumindest zwei übereinanderliegenden Werkzeugebenen angeordnet. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist entsprechend dadurch gekennzeichnet, dass im Behälter mehrere, zumindest zwei, Werkzeuge in verschiedenen Werkzeugebenen oder in verschiedenen Abständen zur Bodenfläche oder untersten Bereich des Behälters angeordnet sind und dass die Werkzeuge im Behälter in zumindest zwei übereinanderliegenden Werkzeugebenen angeordnet sind. [0040] According to the invention, the tools are arranged in the container in at least two superimposed tool planes. A device according to the invention is accordingly characterized in that several, at least two, tools are arranged in the container in different tool planes or at different distances from the bottom surface or lowest area of the container, and that the tools are arranged in the container in at least two superimposed tool planes.
[0041] Oft wird das zu bearbeitende Material oben in den Behälter zugeführt, durchläuft den Behälter von oben nach unten in einer gewissen Verweilzeit und wird dabei erwärmt, erweicht und gemischt, und wird dann unten in den Förderer oder Extruder ausgebracht. Werkzeuge in unterschiedlichen Höhen bzw. Abständen zum Boden erleichtern eine vorteilhafte Aufbereitung und erhöhen die Flexibilität. [0041] Often, the material to be processed is fed into the top of the container, passes through the container from top to bottom during a certain residence time, and is heated, softened, and mixed in the process, and is then discharged into the conveyor or extruder at the bottom. Tools at different heights or distances from the bottom facilitate advantageous processing and increase flexibility.
[0042] Vorteilhafterweise ist die unterste Werkzeugebene im Bereich bzw. auf der Höhe der Einzugsöffnung des Förderers oder Extruders angeordnet. Eine vorteilhafte Vorrichtung ist entsprechend dadurch gekennzeichnet, dass die unterste Werkzeugebene im Bereich bzw. auf der Höhe der Behälteröffnung oder der Einzugsöffnung des an die Behälteröffnung angeschlossenen F6örderers oder Extruders angeordnet ist. [0042] Advantageously, the lowest tool level is arranged in the area or at the level of the feed opening of the conveyor or extruder. An advantageous device is accordingly characterized in that the lowest tool level is arranged in the area or at the level of the container opening or the feed opening of the conveyor or extruder connected to the container opening.
[0043] Dadurch wird eine effektive Befüllung des Förderers oder Extruders gewährleistet. [0043] This ensures effective filling of the conveyor or extruder.
[0044] Vorteilhafterweise sind die Werkzeuge in den einzelnen Werkzeugebenen unabhängig voneinander und mit verschiedenen Drehzahlen rotierbar, insbesondere über separate Antriebe. Eine vorteilhafte Vorrichtung ist entsprechend dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeuge in den einzelnen Werkzeugebenen unabhängig voneinander und mit verschiedenen Drehzahlen rotierbar sind, insbesondere über separate Antriebe. [0044] Advantageously, the tools in the individual tool levels can be rotated independently of one another and at different speeds, in particular via separate drives. An advantageous device is accordingly characterized in that the tools in the individual tool levels can be rotated independently of one another and at different speeds, in particular via separate drives.
[0045] Auch dadurch wird die Flexibilität der Bearbeitung erhöht. Zu diesem Zwecke können zwei oder mehr unterschiedliche Antriebe verwendet werden, die entsprechend in ihrer Drehzahl beeinflusst werden können. Dabei ist es möglich die Werkzeuge von oben, von unten oder vom Umfang her anzutreiben. [0045] This also increases the flexibility of the machining process. For this purpose, two or more different drives can be used, the speed of which can be controlled accordingly. It is possible to drive the tools from above, from below, or from the circumference.
[0046] Vorteilhafterweise wird die Drehzahl des Werkzeugs in der untersten Werkzeugebene in Abhängigkeit vom Drehmoment des Förderers oder Extruders gesteuert. Eine vorteilhafte Vorrichtung ist entsprechend dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl des Werkzeugs in der untersten Werkzeugebene durch die Steuerungseinrichtung in Abhängigkeit vom Drehmoment des Förderers oder Extruders steuerbar ist. [0046] Advantageously, the rotational speed of the tool in the lowest tool level is controlled as a function of the torque of the conveyor or extruder. An advantageous device is accordingly characterized in that the rotational speed of the tool in the lowest tool level can be controlled by the control device as a function of the torque of the conveyor or extruder.
[0047] Auf diese Weise wird jedenfalls die Drehzahl der Werkzeuge der untersten Werkzeugebene, also im Bereich der Befüllöffnung des Förderers oder Extruders, in Abhängigkeit vom Drehmoment des Förderers oder Extruders gesteuert. Die Drehzahl der Werkzeuge der anderen höher gelegenen Werkzeugebenen können in Abhängigkeit vom Drehmoment des Förderers oder Extruders gesteuert sein, müssen aber nicht, d.h. diese Werkzeuge können auch mit einer definierten bzw. einstellbaren Drehzahl rotieren, die nicht vom Drehmoment des Förderers oder Extruders abhängt bzw. nicht über die Steuerungseinrichtung drehmoment-gesteuert ist. [0047] In this way, the rotational speed of the tools of the lowest tool level, i.e., in the area of the filling opening of the conveyor or extruder, is controlled as a function of the torque of the conveyor or extruder. The rotational speed of the tools of the other higher tool levels can be controlled as a function of the torque of the conveyor or extruder, but need not be; that is, these tools can also rotate at a defined or adjustable speed that does not depend on the torque of the conveyor or extruder or is not torque-controlled via the control device.
[0048] Auf diese Weise kann zB das Polymermaterial im oberen Bereich des Behälters bei höheren Drehzahlen und entsprechend höherem Energieeintrag, also bei höheren Temperaturen, bearbeitet werden. Im unteren Bereich der PCU erfolgt dann eine entsprechende Anpassung der Drehzahl der Werkzeuge, um das Drehmoment des Förderers oder Extruders bzw. den Füllgrad konstant zu halten. Damit wird ein Freiheitsgrad bzw. eine Entkopplung der Materialvorbereitung im Behälter von der Beschickung des Förderers oder Extruders erreicht. [0048] In this way, for example, the polymer material in the upper part of the container can be processed at higher rotational speeds and correspondingly higher energy input, i.e., at higher temperatures. In the lower part of the PCU, the rotational speed of the tools is then adjusted accordingly to keep the torque of the conveyor or extruder or the fill level constant. This achieves a degree of freedom or a decoupling of the material preparation in the container from the feeding of the conveyor or extruder.
[0049] Vorteilhafterweise kann auch vorgesehen sein, dass die Drehzahl des Werkzeugs nur in der untersten Werkzeugebene in Abhängigkeit vom Drehmoment des Förderers oder Extruders gesteuert wird und die Drehzahl des Werkzeugs bzw. der Werkzeuge in der/den anderen darüberliegenden Werkzeugebene(n) unabhängig vom Drehmoment des Förderers oder Extruders gesteuert bzw. eingestellt wird. Eine vorteilhafte Vorrichtung ist entsprechend dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl des Werkzeugs nur in der untersten Werkzeugebene durch die Steuerungseinrichtung in Abhängigkeit vom Drehmoment des Förderers oder Extruders steuerbar ist und die Drehzahl des Werkzeugs bzw. der Werkzeuge in der/den anderen darüberliegenden Werkzeugebene(n) unabhängig vom Drehmoment des Förderers oder Extruders gesteuert bzw. einstellbar ist. [0049] Advantageously, it can also be provided that the rotational speed of the tool is controlled only in the lowest tool level as a function of the torque of the conveyor or extruder, and that the rotational speed of the tool(s) in the other tool level(s) above is controlled or set independently of the torque of the conveyor or extruder. An advantageous device is accordingly characterized in that the rotational speed of the tool can be controlled by the control device only in the lowest tool level as a function of the torque of the conveyor or extruder, and that the rotational speed of the tool(s) in the other tool level(s) above is controlled or set independently of the torque of the conveyor or extruder.
[0050] Hier ist also nicht optional, sondern zwingend vorgesehen, dass die Drehzahl der Werkzeuge der anderen höher gelegenen Werkzeugebenen nicht in Abhängigkeit vom Drehmoment des Förderers oder Extruders gesteuert sind, sondern anders. [0050] Here, therefore, it is not optional but mandatory that the rotational speed of the tools of the other higher tool levels is not controlled depending on the torque of the conveyor or extruder, but differently.
[0051] Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Drehzahlen aller Werkzeuge in jeder Werkzeugebene in Abhängigkeit vom Drehmoment des Förderers oder Extruders, unabhängig voneinander getrennt, gesteuert werden. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist entsprechend dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahlen aller Werkzeuge in jeder Werkzeugebene durch die Steuerungseinrichtung jeweils in Abhängigkeit vom Drehmoment des Förderers oder Extruders, unabhängig voneinander getrennt, steuerbar sind. [0051] According to the invention, the rotational speeds of all tools in each tool plane are controlled independently of one another as a function of the torque of the conveyor or extruder. A device according to the invention is accordingly characterized in that the rotational speeds of all tools in each tool plane can be controlled independently of one another by the control device as a function of the torque of the conveyor or extruder.
[0052] Hier sind dementsprechend die Drehzahlen aller Werkzeuge in allen Werkzeugebenen drehmoment-gesteuert, allerdings jeweils voneinander unabhängig bzw. individuell einstellbar. [0052] Accordingly, the rotational speeds of all tools in all tool planes are torque-controlled, but each is independently or individually adjustable.
[0053] Vorteilhafterweise kann auch vorgesehen sein, dass die Drehzahl des Werkzeugs bzw. der Werkzeuge in der/den anderen darüberliegenden Werkzeugebene(n) so geregelt wird, dass in diesem Bereich eine bestimmte Materialtemperatur erreicht wird. Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn die Temperatur des Materials in diesem Bereich gemessen wird und die Drehzahl des Werkzeugs bzw. der Werkzeuge in der/den anderen darüberliegenden Werkzeugebene(n) in Abhängigkeit von dieser Materialtemperatur gesteuert bzw. verändert wird. Eine vorteilhafte Vorrichtung ist entsprechend dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl des Werkzeugs bzw. der Werkzeuge in der/den anderen darüberliegenden Werkzeugebene(n) so geregelt ist, dass in diesem Bereich eine bestimmte Materialtemperatur erreicht wird und/oder dass die Drehzahl des Werkzeugs bzw. der Werkzeuge in der/den anderen darüberliegenden Werkzeugebene(n) in Abhängigkeit von dieser Materialtemperatur steuerbar bzw. veränderbar ist. [0053] Advantageously, it can also be provided that the rotational speed of the tool(s) in the other tool level(s) above is controlled such that a specific material temperature is reached in this area. It is also advantageous if the temperature of the material in this area is measured and the rotational speed of the tool(s) in the other tool level(s) above is controlled or changed as a function of this material temperature. An advantageous device is accordingly characterized in that the rotational speed of the tool(s) in the other tool level(s) above is controlled such that a specific material temperature is reached in this area and/or that the rotational speed of the tool(s) in the other tool level(s) above is controllable or changeable as a function of this material temperature.
[0054] Die Werkzeuge sind vorteilhafterweise Scheiben, Stäbe oder Balken, insbesondere mit darauf angeordneten Messern. [0054] The tools are advantageously discs, rods or beams, in particular with knives arranged on them.
[0055] Sind Werkzeuge in mehreren Werkzeugebenen angeordnet, insbesondere mehrere Scheiben übereinander, können, müssen diese aber nicht gleich groß sein, können also auch zueinander unterschiedliche Dimensionen oder Durchmesser aufweisen. [0055] If tools are arranged in several tool planes, in particular several disks one above the other, they can, but do not have to, be the same size, i.e. they can also have different dimensions or diameters.
[0056] Eine vorteilhafte Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Förderer zumindest eine komprimierende Schnecke aufweist und als Einschneckenextruder ausgebildet ist. Vorteilhaft sind weiters vor allem Förderer mit mehreren komprimierenden Schnecken. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Förderer ein Doppelschneckenextruder, insbesondere ein gleichlaufender Doppelschneckenextruder, ist. Besonders vorteilhaft treten die Effekte zur Erreichung eines guten Füllgrads in der Praxis also bei Doppelschneckenextrudern oder Mehrschneckenextrudern auf. Speziell bei gleichlaufenden, kämmenden Zwei- oder Mehrwellen-Extrudern - unabhängig davon, ob ein paralleler Verlauf oder ein konischer Verlauf der Schnecken speziell im Einzugsbereich vorliegt - hat die Anzahl der Stopfzyklen der untersten Werkzeugebene im Bereich der ExtruderÖffnung einen besonderen Einfluss auf den Füllgrad des Extrudersystems und ergibt sich ein vom Füllgrad abhängiger DrehmomentVerlauf des Extruder-Antriebs. [0056] An advantageous device is characterized in that the conveyor has at least one compressing screw and is designed as a single-screw extruder. Conveyors with multiple compressing screws are also particularly advantageous. It is especially advantageous if the conveyor is a twin-screw extruder, in particular a co-rotating twin-screw extruder. In practice, the effects for achieving a good fill level are therefore particularly advantageous with twin-screw extruders or multi-screw extruders. Especially with co-rotating, intermeshing two- or multi-screw extruders—regardless of whether the screws have a parallel or conical orientation, particularly in the feed area—the number of packing cycles of the lowest tool level in the area of the extruder opening has a particular influence on the fill level of the extruder system, resulting in a torque curve of the extruder drive that is dependent on the fill level.
[0057] Für das Einzugsverhalten ist es unter anderem auch vorteilhaft, wie die Werkzeuge des Schneidverdichters das vorbehandelte Material in die Einzugsöffnung des Förderers oder Extruders einbringen bzw. diesen Vorgang unterstützen. Dies hängt unter anderem von der Drehrichtung der Schnecke sowie der Drehrichtung der Werkzeuge ab. In diesem Zusammenhang hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn im Bereich vor der Behälteröffnung bzw. im Bereich vor der Einzugsöffnung bzw. Fütterungsöffnung des Förderers oder Extruders die Drehrichtung des Werkzeugs der untersten Ebene im Wesentlichen entgegen der bzw. gegensinnig zur Förderrichtung des Förderers oder Extruders verläuft. Derartige Anordnungen sind grundsätzlich bereits bekannt, beispielsweise aus der EP 2 558 263 B1 oder EP 2 689 908 B1 und werden durch Bezugnahme in die vorliegende Offenbarung aufgenommen. [0057] For the feeding behavior, it is also advantageous how the tools of the cutting compactor introduce the pretreated material into the feed opening of the conveyor or extruder or support this process. This depends, among other things, on the direction of rotation of the screw and the direction of rotation of the tools. In this context, it has proven advantageous if, in the area upstream of the container opening or in the area upstream of the feed opening of the conveyor or extruder, the direction of rotation of the tool of the lowest level is essentially opposite to the conveying direction of the conveyor or extruder. Such arrangements are already known in principle, for example from EP 2 558 263 B1 or EP 2 689 908 B1, and are incorporated into the present disclosure by reference.
[0058] Es ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Längsachse des Förderers bzw. der Schnecke bzw. die Längsachse der der Einzugsöffnung nächstliegenden Schnecke oder die Innenwandung des Gehäuses oder die Umhüllende der Schecke tangential zur Innenseite der Seitenwand des Behälters verläuft, wobei vorzugsweise die Schnecke an ihrer Stirnseite mit einem Antrieb verbunden ist und an ihrem gegenüberliegenden Stirnende zu einer am Stirnende des Gehäuses angeordneten Austrittsöffnung, insbesondere einem Extruderkopf, fördert. [0058] It is particularly advantageous if the longitudinal axis of the conveyor or screw or the longitudinal axis of the screw closest to the feed opening or the inner wall of the housing or the envelope of the screw runs tangentially to the inside of the side wall of the container, wherein preferably the screw is connected to a drive at its end face and conveys at its opposite end face to an outlet opening arranged at the end face of the housing, in particular an extruder head.
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[0059] Es ist weiters vorteilhaft, wenn vorgesehen ist, dass die Öffnung in der PCU unmittelbar und direkt und ohne längere Beabstandung oder Übergabestrecke, z.B. einer Förderschnecke, mit der Einzugsöffnung verbunden ist. Damit ist eine effektive und schonende Materialübergabe möglich. [0059] It is further advantageous if the opening in the PCU is connected directly and immediately to the feed opening without a longer distance or transfer section, e.g., a screw conveyor. This enables effective and gentle material transfer.
[0060] Eine vorteilhafte Vorrichtung ist weiters dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter zylindrisch oder konisch ist. Der Behälter muss allerdings nicht unbedingt eine kreiszylindrische Form aufweisen, wenngleich diese Form aus praktischen und fertigungstechnischen Gründen vorteilhaft ist. Von der Kreiszylinderform abweichende Behälterformen, etwa kegelstumpfförmige Behälter oder zylindrische Behälter mit elliptischem oder ovalem Grundriss, können auf einen kreiszylindrischen Behälter gleichen Fassungsvolumens umgerechnet werden, unter der Annahme, dass die Höhe dieses fiktiven Behälters gleich dessen Durchmesser ist. Behälterhöhen, die hierbei die sich einstellende Mischtrombe (unter Berücksichtigung des Sicherheitsabstandes) wesentlich übersteigen, bleiben unberücksichtigt, da diese übermäßige Behälterhöhe nicht genutzt wird und daher auf die Materialverarbeitung keinen Einfluss mehr hat. [0060] An advantageous device is further characterized in that the container is cylindrical or conical. However, the container does not necessarily have to have a circular cylindrical shape, although this shape is advantageous for practical and manufacturing reasons. Container shapes deviating from the circular cylindrical shape, such as frustoconical containers or cylindrical containers with an elliptical or oval base, can be converted to a circular cylindrical container of the same capacity, assuming that the height of this hypothetical container is equal to its diameter. Container heights that significantly exceed the resulting mixing vortex (taking into account the safety distance) are disregarded, since this excessive container height is not utilized and therefore no longer has any influence on the material processing.
[0061] Eine vorteilhafte Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Förderer oder Extruder tangential an den Behälter angeschlossen ist und/oder dass das Gehäuse des Förderers oder Extruders eine an seiner Stirnseite oder in seiner Mantelwand liegende Einzugsöffnung für das von der Schnecke oder den Schnecken des Förderers oder Extruders zu erfassende Material aufweist, und die Einzugsöffnung mit der Behälteröffnung in Verbindung steht. [0061] An advantageous device is characterized in that the conveyor or extruder is connected tangentially to the container and/or that the housing of the conveyor or extruder has an inlet opening located on its end face or in its shell wall for the material to be captured by the screw or screws of the conveyor or extruder, and the inlet opening is connected to the container opening.
[0062] Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass der Aufnahmebehälter im Wesentlichen zylindrisch mit einer ebenen Bodenfläche und einer dazu vertikal ausgerichteten zylindermantelförmigen Seitenwand ist. Konstruktiv einfach ist es weiters, wenn die Drehachse des Werkzeugs bzw. der Werkzeuge mit der zentralen Mittelachse des Aufnahmebehälters zusammenfällt. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Drehachse des Werkzeugs bzw. der Werkzeuge oder die zentrale Mittelachse des Behälters vertikal und/oder normal zur Bodenfläche ausgerichtet sind. Dies gilt analog auch für konische Behälter. Durch diese besonderen Geometrien wird das Einzugsverhalten bei einer konstruktiv stabilen und einfach aufgebauten Vorrichtung optimiert. [0062] In a further advantageous embodiment, the receiving container can be essentially cylindrical with a flat bottom surface and a cylindrical side wall oriented vertically to it. It is also structurally simple if the axis of rotation of the tool(s) coincides with the central axis of the receiving container. In a further advantageous embodiment, the axis of rotation of the tool(s) or the central axis of the container is oriented vertically and/or perpendicular to the bottom surface. This also applies analogously to conical containers. These special geometries optimize the feeding behavior in a structurally stable and simple device.
[0063] In diesem Zusammenhang ist es auch vorteilhaft, vorzusehen, dass das Werkzeug, oder, falls mehrere übereinander angeordnete Werkzeuge vorgesehen sind, das unterste, bodennächste Werkzeug, sowie die Öffnung in geringem Abstand zur Bodenfläche, insbesondere im Bereich des untersten Viertels der Höhe des Aufnahmebehälters angeordnet sind. Der Abstand wird dabei definiert und gemessen von der untersten Kante der Öffnung bzw. der Einzugsöffnung bis zum Behälterboden im Randbereich des Behälters. Da die Eckkante meist gerundet ausgebildet ist, wird der Abstand von der untersten Kante der Öffnung entlang der gedachten Verlängerungen der Seitenwand nach unten bis zur gedachten Verlängerung des Behälterbodens nach außen gemessen. Gut geeignete Abstände sind 10 bis 400 mm. [0063] In this context, it is also advantageous to provide that the tool, or, if several tools are arranged one above the other, the lowest tool closest to the bottom, as well as the opening, are arranged at a short distance from the bottom surface, in particular in the area of the lowest quarter of the height of the receiving container. The distance is defined and measured from the lowest edge of the opening or the feed opening to the bottom of the container in the edge region of the container. Since the corner edge is usually rounded, the distance is measured from the lowest edge of the opening along the imaginary downward extension of the side wall to the imaginary outward extension of the container bottom. Suitable distances are 10 to 400 mm.
[0064] Weiters ist es für die Bearbeitung vorteilhaft, wenn die radial äußersten Kanten des Werkzeugs bis dicht an die Seitenwand des Behälters heranreichen. [0064] Furthermore, it is advantageous for machining if the radial outermost edges of the tool extend close to the side wall of the container.
[0065] Besonders vorteilhaft ist eine Vorrichtung mit einem Schneidverdichter bzw. einer Preconditioning Unit (PCU) mit zumindest einem um eine Drehachse drehbaren bzw. rotierenden Mischbzw. Zerkleinerungswerkzeug und mit einer in der Seitenwand des Schneidverdichters im Bereich der Höhe des untersten, bodennächsten Werkzeugs, ausgebildeten Behälteröffnung. An diese Behälteröffnung ist ein Doppelschneckenextruder tangential angeschlossen, in den das vorbehandelte Material eingebracht wird. [0065] A device with a cutting compactor or a preconditioning unit (PCU) is particularly advantageous, comprising at least one mixing or comminuting tool rotatable or rotating about a rotational axis and a container opening formed in the side wall of the cutting compactor in the region of the height of the lowest, bottom-adjusted tool. A twin-screw extruder is tangentially connected to this container opening, into which the pretreated material is introduced.
[0066] Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen. Die Erfindung ist darin anhand von nicht einschränkenden Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielsweise beschrieben. [0066] Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings. The invention is schematically illustrated therein by means of non-limiting exemplary embodiments in the drawings and is described below by way of example with reference to the drawings.
[0067] Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung. [0067] Fig. 1 shows a first embodiment of a device.
[0068] Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. [0068] Fig. 2 shows another embodiment of a device according to the invention.
[0069] Fig. 3 zeigt eine noch weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. [0070] Fig. 4 zeigt das Ergebnis eines nicht erfindungsgemäßen Vergleichsversuchs. [0071] Fig. 5 zeigt das Ergebnis eines Vergleichsversuchs. [0069] Fig. 3 shows a further embodiment of a device according to the invention. [0070] Fig. 4 shows the result of a comparison test not according to the invention. [0071] Fig. 5 shows the result of a comparison test.
[0072] In Fig. 1 ist eine erste vorteilhafte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Bearbeitung bzw. Aufbereitung von Polymermaterialien, insbesondere von thermoplastischem Abfallkunststoff zu Recyclingzwecken, dargestellt Der grundsätzliche Aufbau und die grundsätzliche Funktionsweise einer solchen Schneidverdichter-Extruder-Kombination ist hinreichend bekannt, beispielsweise aus der EP 2 558 263 oder der EP 2 689 908, und wird nachfolgend nur kurz dargestellt. Weiters ist zu beachten, dass die Darstellungen in den Figuren 1 bis 3 nur schematisch sind. [0072] Figure 1 shows a first advantageous embodiment of a device for processing or preparing polymer materials, in particular thermoplastic waste plastic, for recycling purposes. The basic structure and basic operation of such a cutting, compacting, and extruding combination is well known, for example from EP 2 558 263 or EP 2 689 908, and is only briefly described below. It should also be noted that the illustrations in Figures 1 to 3 are only schematic.
[0073] Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung umfasst einen zylindrischen Behälter bzw. Schneidverdichter bzw. eine Preconditioning Unit (PCU) 1 zur Aufnahme des zu bearbeitenden Polymermaterials. Ein solcher Behälter 1 ist z.B. auch bereits aus der EP 123 771 hinlänglich bekannt. Der Behälter 1 ist zylindrisch mit einer ebenen Bodenfläche und einer dazu vertikal ausgerichteten zylindermantelförmigen Seitenwand 4. [0073] The device shown in Fig. 1 comprises a cylindrical container or cutting compactor or preconditioning unit (PCU) 1 for receiving the polymer material to be processed. Such a container 1 is, for example, already well known from EP 123 771. The container 1 is cylindrical with a flat bottom surface and a cylindrical side wall 4 oriented vertically to it.
[0074] Im Behälter 1 ist ein drehbares bzw. rotierendes Werkzeug 3a angeordnet. Das Werkzeug 3a ist hier eine in geringem Abstand zur Bodenfläche angeordnete, um eine Drehachse rotierende, parallel zur Bodenfläche ausgerichtete, ebene Trägerscheibe mit an ihrer Oberseite montierten Messern 7. Die Trägerscheibe ist über einen Motor 300a über eine Achse 2a zur Rotation angetrieben, wobei sich der Motor 300a unterhalb des Behälters 1 befindet. Die Drehachse bzw. die Achse 2a ist hier in der zentralen Längsachse bzw. Mittelachse des Behälters 1 angeordnet. [0074] A rotatable or rotating tool 3a is arranged in the container 1. The tool 3a is a flat carrier disc, arranged at a short distance from the bottom surface, rotating about an axis of rotation, and aligned parallel to the bottom surface. Blades 7 are mounted on its upper surface. The carrier disc is driven to rotation by a motor 300a via an axis 2a, the motor 300a being located below the container 1. The axis of rotation, or axis 2a, is arranged in the central longitudinal axis of the container 1.
[0075] Das Werkzeug 3a dient u.a. zur Bewegung, Mischung, Erwärmung und Zerkleinerung des im Behälter 1 vorliegenden Materials. Die thermoplastischen Materialien werden im Behälter 1 dementsprechend unter anderem gemischt, erwärmt, erweicht, verdichtet, vorentgast, getrocknet, entfeuchtet, geschnitten, zerkleinert, kristallisiert und/oder homogenisiert und deren Schüttdichte wird erhöht. Durch die Drehung des Werkzeugs 3a wird im Material eine Mischtrombe ausgebildet und das Material verbleibt für eine gewisse Verweilzeit im Behälter 1 und wird dort entsprechend vorbehandelt. [0075] The tool 3a serves, among other things, to move, mix, heat, and comminute the material present in the container 1. Accordingly, the thermoplastic materials in the container 1 are mixed, heated, softened, compacted, pre-degassed, dried, dehumidified, cut, comminuted, crystallized, and/or homogenized, and their bulk density is increased. The rotation of the tool 3a creates a mixing vortex in the material, and the material remains in the container 1 for a certain residence time, where it is pretreated accordingly.
[0076] Auf der Höhe des im vorliegenden Fall einzigen Werkzeugs 3a bzw. auf der Höhe der untersten Werkzeugebene 30a ist in der Seitenwand 4 des Behälters 1 eine Behälteröffnung 5 ausgebildet. An diese Behälteröffnung 5 ist das Gehäuse bzw. die Fütterungsöffnung eines Förderers 6, hier eines komprimierenden Doppelschneckenextruders 6, tangential angeschlossen. Gerade bei Mehrschneckenextrudern ist der Einzug bzw. die Fütterung besonders sensibel und ist eine konstante Fütterung auf möglichst gleichbleibendem Niveau besonders wichtig. [0076] At the level of the single tool 3a in this case, or at the level of the lowest tool level 30a, a container opening 5 is formed in the side wall 4 of the container 1. The housing or feeding opening of a conveyor 6, here a compressing twin-screw extruder 6, is tangentially connected to this container opening 5. Especially with multi-screw extruders, the feed or feeding is particularly sensitive, and consistent feeding at as uniform a level as possible is especially important.
[0077] Die Außenkanten des Werkzeugs 3a reichen bis relativ nahe, etwa 5 % des Radius, an die Seitenwand 4 heran. Die behälternahe Schnecke des Extruders 6 ist im Bereich der Behälteröffnung 5 an die Kontur der Innenwand 4 des Behälters 1 angepasst und zurückversetzt. Kein Teil des Extruders 6 ragt in den Innenraum des Behälters 1 hinein. Die Werkzeuge 3a bzw. die Messer 7 liegen auf etwa derselben Höhe bzw. Ebene wie die zentrale Längsachse des Extruders 6. [0077] The outer edges of the tool 3a extend relatively close to, approximately 5% of the radius, the side wall 4. The screw of the extruder 6 closest to the container is adapted to the contour of the inner wall 4 of the container 1 and set back in the area of the container opening 5. No part of the extruder 6 protrudes into the interior of the container 1. The tools 3a and the blades 7 are located at approximately the same height or plane as the central longitudinal axis of the extruder 6.
[0078] Im praktischen Betrieb wird das aufzubereitende Kunststoffmaterial, meist in Form von Kunststoffabfall, Flaschen oder Folien, in den Behälter 1 eingebracht. Das eingebrachte Kunststoffmaterial wird vom umlaufenden Werkzeug 3a u.a. zerkleinert, gemischt und dabei über die eingebrachte mechanische Reibungsenergie erwärmt und erweicht, jedoch nicht aufgeschmolzen. Nach einer gewissen Verweilzeit im Behälter 1 wird das erweichte, aber nicht geschmolzene Material durch die Behälteröffnung 5 aus dem Behälter 1 ausgebracht und dem Extruder 6 zugeführt bzw. der Extruder 6 auf diese Weise gefüttert. [0078] In practical operation, the plastic material to be processed, usually in the form of plastic waste, bottles, or films, is placed in the container 1. The plastic material is shredded and mixed by the rotating tool 3a, among other things, and is heated and softened by the applied mechanical friction energy, but not melted. After a certain residence time in the container 1, the softened but not melted material is discharged from the container 1 through the opening 5 and fed to the extruder 6.
[0079] Der Extruder 6 ist bei vorliegendem Ausführungsbeispiel ein an sich bekannter, herkömmlicher gleichlaufender Doppelschnecken-Extruder, bei dem in einer ersten Zone das erweichte Kunststoffmaterial aufgeschmolzen wird, anschließend eine Komprimierung erfolgt und die Polymer-Schmelze dann auf der gegenüberliegenden Seite austritt bzw. granuliert wird. [0079] In the present embodiment, the extruder 6 is a conventional co-rotating twin-screw extruder known per se, in which the softened plastic material is melted in a first zone, compression then takes place and the polymer melt then exits or is granulated on the opposite side.
[0080] Erfindungsgemäß ist eine, hier nicht dargestellte, Messeinrichtung zur Messung des Drehmoments des Extruders 6 bzw. der beiden Extruderschnecken vorgesehen. Derartige Drehmoment-Messeinrichtungen für Extruder sind bekannt. Weiters ist eine, ebenfalls nicht dargestellte, mit der Messeinrichtung in Kommunikationsverbindung bzw. Datenkommunikation stehende Steuerungseinrichtung zur Steuerung der Drehzahl des Werkzeugs 3a vorgesehen. Diese Steuerungseinrichtung steuert die Drehzahl des Werkzeugs 3a in Abhängigkeit vom, von der Messeinrichtung gemessenen, Drehmoment des Extruders 6. Das Drehmoment des Extruders 6 wird hier laufend in definierten, passend geringen Zeitintervallen bzw. -abständen gemessen und die Daten werden an die Steuereinrichtung übertragen, um rasch und laufend auf Änderungen reagieren und die Drehzahl des Werkzeugs 3a einstellen zu können. [0080] According to the invention, a measuring device (not shown) is provided for measuring the torque of the extruder 6 or the two extruder screws. Such torque measuring devices for extruders are known. Furthermore, a control device (also not shown) is provided, which communicates with the measuring device and exchanges data for controlling the rotational speed of the tool 3a. This control device controls the rotational speed of the tool 3a as a function of the torque of the extruder 6 measured by the measuring device. The torque of the extruder 6 is continuously measured at defined, appropriately short time intervals, and the data is transmitted to the control device in order to react quickly and continuously to changes and to adjust the rotational speed of the tool 3a.
[0081] Vorliegend erfolgt die Steuerung der Drehzahl des Werkzeugs 3a so, dass das Drehmoment des Extruders 6 im Wesentlichen konstant bleibt und die Schwankungen des Drehmoments kleiner als +/- 5 % sind. [0081] In the present case, the rotational speed of the tool 3a is controlled in such a way that the torque of the extruder 6 remains essentially constant and the fluctuations of the torque are less than +/- 5%.
[0082] Durch die derart angepassten Drehzahlen des Werkzeuges 3a werden die Stopfzyklen in den Extruder 6 direkt beeinflusst und verändert sich entsprechend der Füllgrad der Schneckengänge des Extruders 6 und in weiterer Folge wiederum das Drehmoment des Extruders 6. Auf diese Weise kann der Füllgrad des Extruders 6 sehr konstant gehalten werden (siehe auch Beispiel 1 weiter unten). [0082] By adjusting the rotational speeds of the tool 3a in this way, the packing cycles in the extruder 6 are directly influenced, and the fill level of the screw flights of the extruder 6 changes accordingly, and consequently, so does the torque of the extruder 6. In this way, the fill level of the extruder 6 can be kept very constant (see also Example 1 below).
[0083] Die Vorrichtung von Fig. 2 ist weitgehend analog wie die Vorrichtung von Fig. 1 aufgebaut, besitzt allerdings zwei Werkzeuge 3a, 3b im Behälter 1 in zwei übereinanderliegenden Werkzeugebenen 30a, 30b, konkret zwei parallel zueinander angeordnete Trägerscheiben mit Messern. [0083] The device of Fig. 2 is largely analogous to the device of Fig. 1, but has two tools 3a, 3b in the container 1 in two superimposed tool planes 30a, 30b, specifically two carrier discs with knives arranged parallel to each other.
[0084] Das untere Werkzeug 3a bzw. die unterste Werkzeugebene 30a ist im Bereich bzw. auf der Höhe der Behälteröffnung 5 bzw. der Einzugsöffnung des Doppelschnecken-Extruders 6 angeordnet. Das obere Werkzeug 3b bzw. die obere Werkzeugebene 30a ist im mittleren bis oberen Bereich des Behälters 1 angeordnet. [0084] The lower tool 3a, or the lowest tool level 30a, is arranged in the area or at the level of the container opening 5 or the feed opening of the twin-screw extruder 6. The upper tool 3b, or the upper tool level 30a, is arranged in the middle to upper area of the container 1.
[0085] Die Werkzeuge 3a, 3b in den beiden Werkzeugebenen 30a, 30b sind über zwei, unterhalb und oberhalb des Behälters 1 angeordnete, separate Antriebe 300a, 300b unabhängig voneinander und mit verschiedenen Drehzahlen rotierbar. [0085] The tools 3a, 3b in the two tool planes 30a, 30b can be rotated independently of each other and at different speeds via two separate drives 300a, 300b arranged below and above the container 1.
[0086] Die Drehzahl des unteren Werkzeugs 3a in der untersten Werkzeugebene 30a ist erfindungsgemäß in Abhängigkeit vom Drehmoment des Extruders 6 gesteuert. [0086] According to the invention, the rotational speed of the lower tool 3a in the lowest tool level 30a is controlled as a function of the torque of the extruder 6.
[0087] Um unterschiedliche Parameter im Eingangsmaterial auszugleichen und eine gute Bearbeitung zu gewährleisten, kann es vorteilhaft sein, wenn die Drehzahl des anderen, darüberliegenden Werkzeugs 3b unabhängig vom Drehmoment des Extruders 6 einstellbar ist. Diese Werkzeuge 3b können beispielsweise mit einer fix definierten bzw. frei einstellbaren, oder von anderen Parametern abhängigen, Drehzahl rotieren, die gerade nicht vom Drehmoment des Förderers oder Extruders abhängt bzw. nicht über die Steuerungseinrichtung drehmoment-gesteuert ist. [0087] To compensate for different parameters in the input material and to ensure good processing, it can be advantageous if the rotational speed of the other, upstream tool 3b is adjustable independently of the torque of the extruder 6. These tools 3b can, for example, rotate at a fixed or freely adjustable speed, or at a speed dependent on other parameters, which does not depend on the torque of the conveyor or extruder or is not torque-controlled via the control device.
[0088] Dies ist bei der hier vorliegenden beispielhaften Ausführungsform gemäß Fig. 2 verwirklicht und wird die Drehzahl des oberen Werkzeugs 3b in der darüberliegenden Werkzeugebene 30b unabhängig bzw. gerade nicht abhängig vom Drehmoment des Extruders 6 gesteuert bzw. eingestellt. Hier wird die Temperatur des Materials im Bereich der oberen Werkzeugebene 30b gemessen und die Drehzahl des oberen Werkzeugs 3b wird in Abhängigkeit von dieser Materialtemperatur gesteuert bzw. verändert. Dies ist allerdings nur als beispielhafte Option zu verstehen (siehe auch Beispiel 2 weiter unten). [0088] This is implemented in the exemplary embodiment shown in Fig. 2, and the rotational speed of the upper tool 3b in the tool level 30b above it is controlled or set independently, i.e., not dependent on the torque of the extruder 6. Here, the temperature of the material in the area of the upper tool level 30b is measured, and the rotational speed of the upper tool 3b is controlled or changed depending on this material temperature. However, this is only to be understood as an exemplary option (see also Example 2 below).
[0089] Die Vorrichtung gemäß Fig. 3 ist wiederum eine zur Vorrichtung von Fig. 2 analoge Vorrichtung. Einziger Unterschied ist, dass in Fig. 3 beide Werkzeuge 3a und 3b von unten angetrieben werden, also über Motoren bzw. Antriebe 300a, 300b, die beide unterhalb des Behälters 1 angeordnet sind. Die Dreh- bzw. Antriebsachsen 2a bzw. 2b liegen konzentrisch ineinander. [0089] The device according to Fig. 3 is again analogous to the device of Fig. 2. The only difference is that in Fig. 3 both tools 3a and 3b are driven from below, i.e., by motors or drives 300a, 300b, both of which are arranged below the container 1. The rotary or drive axes 2a and 2b are concentrically arranged within each other.
[0090] Versuche: [0090] Attempts:
[0091] Die nachfolgenden Versuche wurden jeweils auf einer beispielhaften Versuchsanlage durchgeführt. Hierbei handelte es sich um eine PCU (Preconditioning Unit) / Doppelschnecken-[0091] The following experiments were each carried out on an exemplary test setup. This was a PCU (Preconditioning Unit) / twin-screw
Extruder Kombination, ausgerüstet mit einem Schmelzefilter SW 4/134 gemäß nachfolgend dargestellter Anlagenkonfiguration (PCU-Konfiguration 1 bzw. 2). Extruder combination, equipped with a melt filter SW 4/134 according to the system configuration shown below (PCU configuration 1 or 2).
[0092] Als Versuchsmaterial wurde jeweils HD-PE Flaschenmahlgut verwendet. Dieses Material wurde aus gebrauchten Behältnissen aus dem Bereich der Hygiene, zB Shampoo-Flaschen, oder der Reinigung, zB Haushaltsreiniger, gewonnen. Dieses Material wurde zuerst zerkleinert und anschließend in einer Waschanlage vorgereinigt. Die grundsätzlichen Eigenschaften bzw. Parameter dieses Materials sind es, dass es gut rieselfähig ist, allerdings unterschiedliche Schüttdichten hat und auch unterschiedliche Feuchtigkeitsgehalte aufweist. [0092] HDPE bottle regrind was used as the test material in each case. This material was obtained from used containers from the hygiene sector, e.g., shampoo bottles, or from the cleaning sector, e.g., household cleaners. This material was first shredded and then pre-cleaned in a washing plant. The basic properties or parameters of this material are that it is free-flowing, but has varying bulk densities and also varying moisture contents.
[0093] Jeder der Versuchsanlagen besaß eine Messeinrichtung zur Messung des Drehmoments des Extruders und eine mit der Messeinrichtung verbundene Steuerungseinrichtung zur Steuerung der Drehzahl des Werkzeugs. Die Steuerungseinrichtung war dazu programmiert, ausgebildet und eingerichtet, die Drehzahl des Werkzeugs in Abhängigkeit vom Drehmoment des Förderers oder Extruders zu steuern. [0093] Each of the experimental setups had a measuring device for measuring the torque of the extruder and a control device connected to the measuring device for controlling the rotational speed of the tool. The control device was programmed, designed, and configured to control the rotational speed of the tool as a function of the torque of the conveyor or extruder.
BEISPIEL 1: EXAMPLE 1:
[0094] In der PCU-Konfiguration 1 (vergleichbar mit einer Vorrichtung gemäß Fig. 1) wurde eine Preconditioning Unit (PCU) bzw. ein Behälter bzw. ein Schneidverdichter verwendet, die/der ein Werkzeug mit einem in seiner Drehzahl variablen Antrieb hatte. Es war hier eine einzige (untere) Werkzeugebene aufgebaut, die im Bereich der Behälteröffnung bzw. im Bereich des Einzugs des Extruders angeordnet war. Die Drehzahl dieses Werkzeugs wurde also erfindungsgemäß in Abhängigkeit des Drehmoments des Extruders gesteuert. [0094] In PCU configuration 1 (comparable to a device according to Fig. 1), a preconditioning unit (PCU), a container, or a cutting compactor was used, which had a tool with a drive that was variable in speed. A single (lower) tool level was set up here, which was arranged in the area of the container opening or in the area of the extruder feed. According to the invention, the speed of this tool was thus controlled as a function of the torque of the extruder.
PCU-KONFIGURATION 1: PCU CONFIGURATION 1:
PCU-PCU-
Konfiguration 1 Vorrichtung Typ Bemerkung Configuration 1 Device Type Remark
EREMA, EREMA
PCU (Behälter) 1300 mm Durchmesser ein in seiner Drehzahl variabler Antrieb PCU (container) 1300 mm diameter, a drive with variable speed
Doppelschnecke gleichlaufend twin snail running parallel
63 mm Schneckendurchmesser Fabrikat aus China 63 mm screw diameter, made in China
Extrusionseinheit Extrusion unit
Schmelzefilter RTF 4/134 EREMA, Filtration 150 um Zahnrad Melt filter RTF 4/134 EREMA, filtration 150 µm gear
Schmelzepumpe SP 45 Maag Schmelzepumpe Granulierung HG 152 Heißabschlag EREMA Granulierung Maag SP 45 melt pump, HG 152 granulation melt pump, EREMA hot-discharge granulation
[0095] Durch die derart angepassten Drehzahlen der Werkzeuge konnte bereits bei dieser Konfiguration 1 der Füllgrad des Extruders konstant gehalten werden. Das Befütterungsverhalten des Extruders, der Durchsatz sowie die Durchsatzkonstanz wurden ebenfalls verbessert und die Qualität der erhaltenen PE-Polymermaterialien war sehr hoch. [0095] By adjusting the rotational speeds of the tools in this way, the fill level of the extruder could already be kept constant with this configuration 1. The feeding behavior of the extruder, the throughput and the throughput consistency were also improved, and the quality of the resulting PE polymer materials was very high.
BEISPIEL 2: EXAMPLE 2:
[0096] In der PCU-Konfiguration 2 (vergleichbar mit einer Vorrichtung gemäß Fig. 2 oder Fig. 3) wurde eine PCU verwendet, die zwei in ihrer Drehzahl variable Antriebe hatte. [0096] In the PCU configuration 2 (comparable to a device according to Fig. 2 or Fig. 3) a PCU was used which had two drives with variable speeds.
[0097] Eine erste untere Werkzeugebene (Befüllungsebene) war im Bereich des Einzugs des Extruders angeordnet und die Drehzahl der Werkzeuge dieser Werkzeugeben wurde durch das Drehmoment des Extruders beeinflusst und gesteuert. Die Drehzahl dieses Werkzeugs wurde also erfindungsgemäß in Abhängigkeit des Drehmoments des Extruders gesteuert. [0097] A first lower tool level (filling level) was arranged in the area of the extruder feed, and the rotational speed of the tools of this tool level was influenced and controlled by the torque of the extruder. According to the invention, the rotational speed of this tool was therefore controlled as a function of the torque of the extruder.
[0098] Eine zweite darüberliegende Werkzeugebene war oberhalb der ersten Werkzeugebene [0098] A second, overlying tool level was located above the first tool level
11719 11719
bzw. Befüllungsebene angeordnet. Diese war mit einem zweiten in der Drehzahl variablen Antrieb ausgeführt. Diese zweite Werkzeugebene (die auch aus mehreren übereinander liegenden Werkzeugebenen bestehen kann) war verantwortlich für die vorteilhafte Aufbereitung des einkommenden Materials. Die Drehzahl der Werkzeuge dieser Werkzeugebene wurde so geregelt, dass der Energieeintrag in das Material so erfolgt, dass eine bestimmte Materialtemperatur erreicht wird. Die Materialtemperatur wurde mit Messsystemen gemessen, die in das Material ragen oder berührungslos von der Seite oder von oben die Temperatur erfassen. Diese Temperatur wurde im Wesentlichen von dem eingebrachten Polymer bestimmt. Es sollte sichergestellt werden, dass die einkommenden Materialschnitzel eine bestimmte Temperatur erreichen, die in der Nähe der Erweichungstemperatur des Polymers liegt. Damit wurde sichergestellt, dass eine gewisse Vorverdichtung entsteht, also die Schüttdichte vergleichmäßigt wird, und weiters, dass der Aufschmelzvorgang im Extruder erleichtert wird, da das Material nahe am Erweichungspunkt durchtemperiert wird. Da sich die Erweichungstemperaturen der hier verwendeten thermoplastischen Polymere im Bereich, in dem das Wasser verdampft, befindet, wurde die Restfeuchte des eingehenden Materials ebenfalls entfernt. The filling level was arranged in a second, variable-speed drive. This second tool level (which could also consist of several superimposed tool levels) was responsible for the advantageous preparation of the incoming material. The rotational speed of the tools in this tool level was regulated so that the energy input into the material was such that a specific material temperature was reached. The material temperature was measured using measuring systems that protruded into the material or measured the temperature contactlessly from the side or from above. This temperature was essentially determined by the polymer being introduced. It was important to ensure that the incoming material chips reached a specific temperature close to the polymer's softening point. This ensured a certain degree of pre-compaction, thus homogenizing the bulk density, and furthermore, facilitated the melting process in the extruder, as the material was heated to near its softening point. Since the softening temperatures of the thermoplastic polymers used here are in the range where water evaporates, the residual moisture of the incoming material was also removed.
PCU-KONFIGURATION 2: PCU CONFIGURATION 2:
PCU-PCU-
Konfiguration 2 Vorrichtung Typ Bemerkung Configuration 2 Device Type Remark
EREMA, EREMA
PCU 1300 mm Durchmesser zwei in seiner Drehzahl variable Antriebe PCU 1300 mm diameter, two drives with variable speed
Doppelschnecke gleichlaufend twin snail running parallel
63 mm Schneckendurchmesser Fabrikat aus China 63 mm screw diameter, made in China
Extrusionseinheit Extrusion unit
Schmelzefilter RTF 4/134 EREMA, Filtration 150 um Zahnrad Melt filter RTF 4/134 EREMA, filtration 150 µm gear
Schmelzepumpe SP 45 Maag Schmelzepumpe Granulierung HG 152 Heißabschlag EREMA Granulierung Maag SP 45 melt pump, HG 152 granulation melt pump, EREMA hot-discharge granulation
[0099] Das Ergebnis ist in Fig. 5 dargestellt und zwar ist das Drehmoment des Extruders als Funktion der Werkzeug-Drehzahl dargestellt. [0099] The result is shown in Fig. 5, namely the torque of the extruder as a function of the tool rotational speed.
[00100] In Fig. 5 erkennt man die Drehmomentveränderung des Extruders in Abhängigkeit von der Drehzahl der Werkzeuge in der untersten Werkzeugebene der PCU. Bei diesem Versuch wurde also die Drehzahl der Werkzeuge der untersten Werkzeugebene der PCU in Abhängigkeit des Extruder-Drehmoments variiert. Dabei musste man sich um die Bedürfnisse des einkommenden Materials, z.B. um Feuchtigkeit, Verdichtung und Materialtemperatur in der PCU nicht direkt kümmern, da dies vom oberen Werkzeug der oberen Werkzeugebene mit ihrem eigenen Antrieb erledigt wurde. [00100] Figure 5 shows the change in extruder torque as a function of the rotational speed of the tools in the lowest tool level of the PCU. In this experiment, the rotational speed of the tools in the lowest tool level of the PCU was varied as a function of the extruder torque. It was therefore not necessary to directly address the requirements of the incoming material, e.g., moisture, density, and material temperature in the PCU, as these were handled by the upper tool in the upper tool level with its own drive.
[00101] Deutlich in Fig. 5 erkennbar ist das vorteilhaft einheitliche und kaum bzw. keine Schwankungen aufweisende Drehmoment des Extruders. Auf diese Weise konnte der Füllgrad des Extruders äußerst konstant und auch ausreichend hoch gehalten werden. Das Befütterungsverhalten des Doppelschneckenextruders, der Durchsatz sowie die Durchsatzkonstanz wurden verbessert. Die Qualität der auf diese Weise erhaltenen HD-PE-Granulate war sehr zufriedenstellend. [00101] As can be clearly seen in Fig. 5, the extruder's advantageously uniform torque exhibits little to no fluctuation. This allowed the extruder's fill level to be kept extremely constant and sufficiently high. The feeding behavior of the twin-screw extruder, the throughput, and the throughput consistency were improved. The quality of the HDPE granules obtained in this way was very satisfactory.
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