Beschreibung:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Extrudieren von Recyclingmaterial, so genanntem Recyclat, sowie eine Anordnung zum Durchführen des Verfahrens. Als Recyclat kommen insbesondere Kunststoffmatenalien in Frage. Das Recyclat kann unter anderem Folien und faserige Bestandteile enthalten, z.B. auch Pflanzenfasern.

Ein gattungsgemäßes Verfahren ist aus der Praxis bekannt.

Beispielsweise ist es bekannt, dass das Einzugsverhalten einer Extruderschnecke, mittels welcher das zu extrudierende Recyclat an den Extruder herangeführt wird, problematisch sein kann. Insbesondere bei Leichtstoffen und Fasern stellt es sich immer wieder als schwierig heraus, die Extruderschnecke mit dem Recyclat zu beschicken. Dass Lufteinschlüsse im Extruder auftauchen, ist unvermeidlich, aber unerwünscht.

Lufteinschlüsse können im fertig extrudierten Material entweder zu Lunkern führen, also zu Hohlräumen im Material, oder zumindest zu einer Unterbrechung in der Homogenität des Materials, beispielsweise wenn zwei Bereiche jeweils mit einer „Haut“ aneinander liegen, so dass später in einem Bauteil an dieser Stelle zwar kein Hohlraum vorliegt, aber beispielsweise die mechanische Belastbarkeit des Materials erheblich reduziert ist - ähnlich wie dies von einer Kerbwirkung bekannt ist.

Dem kann dadurch zu begegnen versucht werden, dass im Extruder Unterdruckbereiche geschaffen werden, um dadurch eine Blasenabscheidung zu erreichen. Das gelingt insbesondere bei Lufteinschlüssen, die bis an die Außenseite des Materialstroms im Extruder reichen oder sehr nahe bis an die Außenseite des Materialstroms, so dass die Außenhaut des Materialstroms aufreißt und die Luft entweichen kann. Lufteinschlüsse jedoch, die sich tiefer im Inneren des Materials befinden, können dadurch nicht aus dem Material entfernt werden.

Als weitere Maßnahme, um Lufteinschlüsse möglichst zu vermeiden, kann angestrebt werden, die Schneckengänge der Extruderschnecke möglichst vollständig mit Material zu füllen, um auf diese Weise schon bei der Beschickung der Extruderschnecke und auch im weiteren Verfahrensablauf, in welchem das Material durch den Extruder hindurch gefördert wird, Leerstellen oder Blasen im Material möglichst zu vermeiden. Um Hohlräume von Anfang an möglichst zu vermeiden, ist es daher bekannt, die Extruderschnecke zu stopfen. Dabei wird das vorbereitete partikelförmige oder faserige Material mit einer Zuführschnecke in den Einzug der Extruderschnecke gefördert. Durch eine Querschnittsverjüngung in Förderrichtung der Zuführschnecke, z. B. eine konische Querschnittsreduzierung, wird das zugeführte Material verdichtet, bevor es in die Extruderschnecke gelangt.

Als eine andere Möglichkeit, die Extruderschnecke möglichst dicht mit Material zu beschicken, ist aus der Praxis eine Vorbehandlung des Recyclats in einem Schneidverdichter bekannt. Das Recyclat wird im Schneidverdichter im Kreis geführt und durch die Schneiden des Schneidverdichters zerkleinert. Dabei ist zu beobachten, dass sich das Material entmischt: schwerere Bestandteile drängen durch die Fliehkraft stärker nach außen, während sich leichtere Bestandteile länger in der Mitte des Schneidverdichters halten. Dadurch wird eine angestrebte Homogenität des Materials, die später im Extruder gewünscht ist, erheblich beeinträchtigt. Dies gilt insbesondere auch dann, wenn nicht nur allein das Recyclat der Extruderschnecke zugeführt wird, sondern wenn dem Recyclat auch Additive zugegeben werden. Durch die Entmischung und die unterschiedliche Verweildauer in dem Schneidverdichter ist auch die Verteilung des Additivs im Material unregelmäßig. Zu diesen beiden unterschiedlichen Gründen für Inhomogenitäten kann hinzukommen, dass durch die in das Material eingetragene Wärme das Material „crimpen“ kann. Als „crimpen“ wird in diesem Zusammenhang die temperaturbedingte Verformung des Materials bezeichnet, wie sie beispielsweise auch zu beobachten ist, wenn Fasern oder Folien nahe an eine offene Flamme gehalten werden und sich dabei krümmen und zusammenziehen. Abgesehen davon, dass aufgrund der veränderten Materialstruktur das Crimpen ohnehin grundsätzlich unerwünscht ist, tritt die Wärmebelastung aufgrund der oben erwähnten unterschiedlichen Verweildauer unterschiedlicher Materialanteile auch unterschiedlich stark im Material auf, so dass einige Anteile crimpen und andere nicht, wodurch in einer dritten Hinsicht Inhomogenitäten in dem behandelten Material bewirkt werden.

Bei der Extrusion von Recyclat werden in vielen Fällen keine endgültigen Erzeugnisse hergestellt, sondern vielmehr ein Granulat, welches ähnlich wie das Granulat aus jungfräulichem Kunststoff in der kunststoffverarbeitenden Industrie verwendet wird, um die jeweiligen Erzeugnisse herzustellen. Dem Extruder, wie er im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist, kann daher ein Abschlag nachgeschaltet sein, beispielsweise ein Heißabschlag, der den aus dem Extruder austretenden, kontinuierlichen Materialstrang zerteilt, so dass ein Granulat bereitgestellt wird. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren dahingehend zu verbessern, dass eine möglichst dichte und homogene Befüllung einer Extruderschnecke mit Material ermöglicht wird. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch ein verfahren nach Anspruch 1 gelöst sowie durch eine Vorrichtung nach Anspruch 8.

Die Erfindung schlägt mit anderen Worten vor, dem Extruder einen Pressagglomerator vorzuschalten. Dieser sorgt auch bei einer zugeführten Mischung unterschiedlicher Materialien für eine weitgehend gleichmäßige Zerkleinerung und Agglomeration. Pressagglomeratoren sind in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt, z. B. als Stempel-, Stempelstrang-, Schnecken-, Lochwalzen- oder Walzenpresse, als Flach- oder Ringmatrizenpelletierer. Die Agglomerate können den Pressagglomerator als fertige, voneinander getrennte Formkörper verlassen, z. B. wenn sie in den Mulden zweier gegenüberliegender Walzen einer Walzenpresse zu diesen Formkörpern gepresst werden. Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass dem Pressagglomerator eine Zerkleinerungseinheit nachgeschaltet ist, z. B. wenn die in einer Walzenpresse erzeugten Formkörper lediglich durch Schwächungslinien voneinander getrennt sind, aber nach wie vor aneinander hängen und in einem nachgeschalteten Brecher voneinander getrennt werden, oder wenn sie als kontinuierlicher Materialstrang erzeugt werden, der durch ein nachgeschaltetes Messer in eine Vielzahl von einzelnen Körperchen zerteilt wird. Sowohl die erzeugten Formkörper als auch die einzelnen Körperchen werden im Rahmen des vorliegenden Vorschlags als Pellets bezeichnet. Der Extruderschnecke kann daher vorschlagsgemäß das im Pressagglomerator aufbereitete Recyclat als Material in Granulatform zugeführt werden. Während Granulat häufig Körperchen bezeichnet, die hinsichtlich ihrer Form oder Größe unregelmäßig, oft zufällig ausgestaltet sind, weisen die vorschlagsgemäß verwendeten Körperchen recht gleichmäßige Eigenschaften hinsichtlich ihrer Form oder Größe auf, so dass sie im Rahmen des vorliegenden Vorschlags als Pellets bezeichnet werden. Mittels des vorschlagsgemäßen Verfahrens kann daher auch bei dem Einsatz von Recyclat die Extruderschnecke mit einem Material beschickt werden, das hinsichtlich seiner Homogenität fast so vorteilhaft ist und annähernd so gleichmäßige Eigenschaften aufweist, wie das ansonsten bei jungfräulichem Kunststoffgranulat der Fall ist. Die Pellets ermöglichen auch eine ähnlich dichte Befüllung der Extruderschnecke wie bei Verwendung von jungfräulichem Kunststoffgranulat, so dass Lufteinschlüsse während und nach der Extrusion weitgehend vermieden werden können, und jedenfalls erheblich wirksamer verhindert werden können als dies bislang aus der Praxis beim Einsatz von Recyclat bekannt ist. Durch eine möglichst dichte und homogene Befüllung der Extruderschnecke wird ein kontinuierlicher, größtmöglicher Materialdurchsatz des Extruders und somit dessen wirtschaftlich vorteilhafter, möglichst hoher Ausstoß an Material mit einer möglichst gleichmäßigen und hohen Qualität unterstützt.

Das Recyclat kann beispielsweise in einer Flachmatrizenpresse pelletiert werden, die es ermöglicht, auch faserige Stoffe sowie nicht schmelzenden Materialien zu zerkleinern und zu pelletieren. Rein beispielhaft für die Ausgestaltung eines Pressagglomerators und nicht einschränkend wird daher nachfolgend bei der Beschreibung des vorliegenden Vorschlags die Verwendung eines Pelletierers, insbesondere einer Flachmatrizenpresse, erwähnt. Vorschlagsgemäß ist weiterhin vorgesehen, dass die Pellets, die aus dem Pressagglomerator austreten, mit der ihnen innewohnenden Restwärme auf möglichst kurzem Weg und in möglichst kurzer Zeit - vorteilhaft also direkt - in die Extruderschnecke geführt werden. Die Pellets weisen vorschlagsgemäß eine Temperatur von 50°C oder mehr auf, und da sie den Pressagglomerator häufig mit Temperaturen von etwa 100°C verlassen, liegen die Temperaturen, mit denen die Pellets in den Extruder eintreten, je nach Ausgestaltung der verwendeten Anordnung häufig deutlich höher als 50 oder 60°C, beispielsweise bei 80°C oder sogar noch über 90°C.

Eine Zwischenlagerung der Pellets wird möglichst vermieden. Dementsprechend müssen die Pellets nicht erst energetisch aufwendig gekühlt werden, damit sie bei der Zwischenlagerung nicht miteinander verkleben. Ebenso entfällt der energetische Aufwand, die Pellets nach der Zwischenlagerung zu erwärmen, damit sie im Extruder in einem optimal plastifizierten Zustand verarbeitet werden können. Um nicht nur die Zwischenlagerung, sondern auch lange Transportwege und die Verwendung von isolierten Behältern oder dergleichen zu vermeiden, kann dieser Verfahrensaspekt bei der Ausgestaltung der Anordnung dadurch berücksichtigt werden, dass die Pellets auf möglichst kurzem Weg aus dem Pelletierer in die Extruderschnecke geführt werden, beispielsweise indem der Pelletierer mit dem Extruder verbunden ist, entweder direkt oder durch ein Verbindungsrohr, eine möglichst kurze Speiseschnecke oder dergleichen, so dass jedenfalls der Einlass des Extruders, z. B. dessen Extruderschnecke, an den Auslass des Pressagglomerators angeschlossen ist. Eine solche Kombination der Anlagenbestandteile kann als „PellEx“-Anordnung bezeichnet werden, um die Verbindung von Pelletierer und Extruder zu einer gemeinsamen Anordnung zu verdeutlichen.

In dem Pelletierer können auch nicht-thermoplastische Materialien verarbeitet werden, so dass das verwendete Recyclat beispielsweise neben thermoplastischen Kunststoffen auch nicht-thermoplastische Kunststoffe, Pflanzenfasern oder dergleichen enthalten kann. Im Vergleich zu anderen Zerkleinerungsanlagen, die für die Zerkleinerung des Recyclingmaterials genutzt werden könnten, ist dies insofern vorteilhaft, als beispielsweise in einem Schneidverdichter nichtthermoplastische Kunststoffe, Pflanzenfasern oder andere nicht schmelzenden Materialien nicht erweichen und nicht verarbeitet werden können.

Additive können in den Pelletierer gegeben werden, da sie sich gleichmäßig auf das Material verteilen und dementsprechend gleichmäßig in den Pellets vorliegen.

In einer Ausgestaltung kann der Pelletierer in Art eines Pressagglomerators ausgestaltet sein. Verschiedene Bauformen von Pressagglomeratoren sind aus der Praxis bekannt und können im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden.

Dem Extruder kann ein Heißabschlag nachgeschaltet sein. Dabei gelangt das dabei erzeugte Granulat in ein flüssiges Kühlmedium, beispielsweise Wasser, so dass die einzelnen Granuli zumindest außen so weit abgekühlt sind, dass sie beim weiteren Transport oder bei der Lagerung nicht miteinander verkleben. Das Kühlmedium nimmt die Wärme aus dem Granulat auf. Es kann durch einen Wärmetauscher geführt werden, durch den ein Luftstrom geblasen wird. Die dementsprechend erwärmte Luft kann dazu genutzt werden, dass Recyclat vorzuwärmen, bevor es in den Pelletierer gegeben wird, so dass der Energiebedarf des Pelletierers verringert werden kann.

Vorteilhaft kann nämlich das Recyclat zunächst gewaschen werden, um oberflächliche Verunreinigungen von dem Recyclat zu entfernen. Auch wenn das Recyclat nach der Wäsche beispielsweise in einer Trommel oder in ähnlichen Einrichtungen vom anhaftenden Waschwasser getrennt wird, haftet eine erhebliche Feuchtigkeitsmenge in Form eines Oberflächenfilms an dem Recyclat. In der Praxis kommt es daher immer wieder vor, dass der Extruderschnecke Material zugeführt wird, welches eine Feuchte von mehr als 10 % aufweist, z. B. bis 15 %. Abgesehen davon, dass ein erheblicher Energieaufwand im Extruder erforderlich ist, um diese Feuchtigkeitsmenge zu erwärmen, in Dampf umzuwandeln und dann in Dampfform aus dem Extruder auszuschleusen, birgt diese Dampfbildung die Gefahr, dass Dampfblasen gebildet werden, die unerwünschte Hohlräume im Materialstroms des Extruders bilden und dass sie auch in den ggf. im Extruder vorgesehenen Unterdruckbereichen nicht aus dem Material abgeführt werden können, wenn sie sich nämlich zu tief im Inneren des Materialstroms befinden. Die in der Anlage anfallende Prozesswärme, z. B. wie oben erwähnt aus dem Heißabschlag, zur Vortrocknung des Materials vor dem Eintritt in den Pelletierer zu nutzen, stellt daher einen erheblichen energetischen Vorteil für den Betrieb der Gesamtanlage dar.

Die Erfindung wird anhand der rein schematischen Darstellung nachfolgend näher erläutert.

In der Zeichnung ist in einer perspektivischen Ansicht eine Anordnung 1 zum Extrudieren von Recyclat dargestellt, wobei die Anordnung 1 zur Herstellung von Kunststoffgranulat dient. Die Anordnung 1 umfasst einen Extruder 2, dem ein Pelletierer 3 als Aggregat zur Pressagglomeration vorgeschaltet ist. Weiterhin sind dem Pelletierer 3 ein Schmelzfilter, bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel in Form eines Kolbenschmelzefilters 4, sowie ein Wasserringgranulator 5 nachgeschaltet.

Recyclat, welches Anteile aus thermoplastischem Kunststoff, Anteile aus duroplastischem Kunststoff oder auch faserige Anteile, z.B. in Form von Pflanzenfasern enthalten kann, wird durch eine Einlassöffnung 6 in den Pelletierer 3 gegeben. Das Recyclat ist zuvor gereinigt worden, z.B. trocken in einem Friktionswäscher oder nass mithilfe von Wasser. Im Falle einer Nasswäsche ist das gewaschene Recyclat vorgetrocknet worden, so dass es mit einer möglichst geringen Feuchte in den Pelletierer 3 gelangt.

Der Pelletierer 3 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Pelletierpresse ausgestaltet, mit einem Kollergang, welcher 3 Läufer 7 und einen Hauptantrieb 8 aufweist. Eine Matrize 9, auf welche die Läufer 7 laufen, ist höhenverstellbar gelagert, so dass der Spalt zwischen den Läufern 7 und der Matrize 9 eingestellt werden kann, in Anpassung an das jeweils eingesetzte Recyclat und die gewünschten Eigenschaften der im Pelletierer 3 hergestellten Pellets. Die Matrize 9 weist eine Vielzahl von Durchbrüchen in Form von Bohrungen auf, durch welche das Recyclat hindurchtritt, so dass eine Vielzahl von Materialsträngen erzeugt wird. Ein Nebenantrieb 10 am Pelletierer 3 dient zum Antrieb einer Abschlageinrichtung 11 , die beispielsweise eines oder mehrere umlaufende Abschlagmesser aufweist, so dass durch die Drehgeschwindigkeit der Abschlageinrichtung 11 die Länge der resultierenden Pellets eingestellt werden kann.

Aus den nach unten aus der Matrize 9 austretenden Materialsträngen werden mittels der Abschlageinrichtung 11 eine Vielzahl von Pellets erzeugt, die aus dem Pelletierer 3 durch einen Übergabeschacht 12 nach unten fallen. Durch den Übergabeschacht 12 gelangen die Pellets auf einem möglichst kurzen Weg, ohne lange Transportwege, eine Zwischenlagerung oder dergleichen, in den Extruder 2. In dem Übergabeschacht 12 kann die Anordnung 1 einen Staubabscheider aufweisen, der dazu dient, den Staubanteil des Materials, der nicht in den Pellets gebunden werden konnte, von den Pellets abzuscheiden. Der abgeschiedene Staub kann zu der Einlassöffnung 6 geführt und so wieder in den Pelletierprozess eingebracht werden. Abweichend von dem dargestellten Ausführungsbeispiel können die Pellets durch einen anders ausgestalteten, kürzeren Übergabeschacht 12 direkt in den Extruder 2 gelangen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist allerdings die Zugabe von Additiven zu den Pellets vorgesehen, so dass diese Additive anschließend im Extruder oder auf dem Weg dorthin, z. B. in einer Zuführungsschnecke, mit den Pellets vermischt werden. Bei den Additiven kann es sich beispielsweise um Farbpigmente oder um Verstärkungs- oder um Füllstoffe wie z. B. Talkum handeln, oder dergleichen. Die Additive können in staub-, pulver- , granulatförmiger oder flüssiger Form oder ebenfalls in Pelletform vorliegen. Die Additive werden dann in der Einzugszone des Extruders 2 in den Pelletstrom eingespeist. Es kann vorgesehen sein, einen oder mehrere zusätzliche Pressagglomeratoren zu verwenden, wie z.B. Pelletieren, die schlecht dosierbare Additive durch Verdichtung dosierfähig und für den Extruder 2 einzugsfähig machen können.

Der Übergabeschacht 12 verläuft daher in der Art, dass an ihn zwei volumetrische oder gravimetrische Dosierstationen 14 anschließen, die zum Einbringen der Additive in den Pelletstrom dienen. Die mit den Additiven angereicherten Pellets gelangen durch den Übergabeschacht 12 in eine Extruderschnecke des Extruders 2, die durch einen Antriebsmotor 15 angetrieben ist, wobei ein Extrudergetriebe, in der Zeichnung nicht sichtbar, hinter dem Antriebsmotor 15 in einem Gehäuse 16 des Extruders 2 angeordnet ist. Das die Extruderschnecke umgebende Gehäuse des Extruders 2 kann auf der Innenseite in Längsrichtung verlaufende Rippen aufweisen, um zu verhindern, dass das von der Extruderschnecke bewegte Material sich gemeinsam mit der Extruderschnecke dreht, was die Förderwirkung der Extruderschnecke beeinträchtigen würde.

Die Pellets fallen mit einer Temperatur von etwa 80 bis 100 °C durch den Übergabeschacht 12 und gelangen daher mit der ihnen innewohnenden Restwärme direkt in den Extrusionsprozess. An seinem unteren Ende schließt der Übergabeschacht 12 an den Einfüllstutzen des Extruders 2, insbesondere dessen Extruderschnecke an, wobei es sich um einen Einschnecken-, Doppelschnecken- oder Mehrschneckenextruder handeln kann.

Der Extruder 2 weist innerhalb seines Gehäuses 16 eine Unterdruck-Entgasungsanlage 17 auf, die zur Abtrennung von flüchtigen Stoffen aus der Schmelze dient. In dem Kolbenschmelzefilter 4, der dem Extruder 2 nachgeschaltet ist, werden Störstoffe und Schmutzpartikel aus dem extrudierten Materialstrang entfernt. Anschließend wird der extrudierte und gereinigte Materialstrang in einem Heißabschlag granuliert, der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel in Form des Wasserringgranulators 5 ausgestaltet ist. Dabei findet eine intensive Wärmeübertragung von den Granuli, denen Wärme entzogen wird, auf das Wasser statt, so dass die Oberflächentemperatur der Granuli so weit reduziert ist, dass diese anschließend nicht miteinander verkleben.

Das auf diese Weise erwärmte Wasser wird zur Vortrocknung des gewaschenen Recyclats genutzt: beispielsweise kann es in einem Wasser/Luft-Wärmetauscher abgekühlt werden, und die erwärmte Luft wird auf das gewaschene Recyclat geblasen, bevor dieses in den Pelletierer 3 gelangt. Oder das erwärmte Wasser kann in einem Wärmetauscher seine Wärme an ein Medium abgeben, das zur Beheizung von Elementen dient, die ihrerseits die Vortrocknung des gewaschenen Recyclats durch Strahlungswärme bewirken. Oder das erwärmte Wasser kann selbst, ohne einen Wärmetauscher, zur Beheizung der erwähnten Elemente dienen, welche die Vortrocknung des gewaschenen Recyclats durch Strahlungswärme bewirken. Bezugszeichen:

Anordnung

Extruder

Pelletierer

Kolbenschmelzefilter

Wasserringgranulator

Einlassöffnung

Läufer

Hauptantrieb

Matrize

Nebenantrieb

Abschlageinrichtung

Übergabeschacht

Dosierstation

Antriebsmotor

Gehäuse

Unterdruck-Entgasungsanlage