Titel

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines verarbeitungsfähigen

Kunststoffmaterial- oder Naturfaser-Compounds

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines verarbeitungsfähigen Kunststoffmaterial- oder Naturfaser- Compounds, welches zumindest teilweise aus Sekundärmaterial und/oder Naturfasern besteht.

Aufgrund der steigenden Materialpreise für Kunststoffneumaterial sowie des Wunsches nach Abfallvermeidung bzw. der Wiederverwendung von Abfallmaterialien wird der Wunsch immer größer, in fertig vorgemischten und verarbeitungsfähigen Kunststoffmatehal-Compounds, die eine bestimmte und gewünschte Rezeptur für die Verarbeitung in einer Spritzgieß- oder Extrusionsvor- richtung aufweisen, Kunststoffabfallprodukte (sog. Sekundärrohstoffe) oder nachwachsende Rohstoffe mit zu verwenden. Oft scheitert der Einsatz neuer Rohstoffe daran, dass es keine kompakte Analgentechnik zur Aufbereitung dieser Rohstoffe, insbesondere von Sekundärrohstoffen gibt. Mit einer solchen Anlagentechnik könnten deutliche Kosteneinsparungen in der Rohstoffversorgung erzielt werden.

Dabei unterscheidet man zwischen Sekundärrohstoffen als in der Regel gebrauchtes, ungereinigtes, eventuell vorzerkleinertes Kunststoffabfallmaterial auf der einen Seite und Recyclatmaterial, welches bereits fertig aufbereitet ist, auf der anderen Seite. Durch die bisherige Aufbereitungsweise des Kunststoffrecyclat- matehals ist dessen Herstellung relativ aufwändig und teuer mit der Folge; teilweise wird es mit einem Tonnenpreis von€ 500 - 600 verkauft. Dies ist die Folge aus den bisher durchgeführten Aufbereitungsweisen, die Verarbeitungsschritte wie Sortieren, Mahlen, Aufbereiten, Reinigen, Regranulieren etc. separat durchführen. Überdies fallen bei der Herstellung von Kunststoffrecyclatmaterial nach der bisherigen Vorgehensweise in der Regel auch größere Mengen von Abwässern und Abfällen an.

Zum allgemeinen Stand der Technik wird auf die DE 10 2005 055 563 A1 , die DE 42 00 827 A1 sowie die DE 38 11 910 A1 hingewiesen.

Die DE 10 2005 055 563 A1 beschreibt eine Luftwirbelmühle für die Mahltrocknung eines strömungsfähigen Produkts sowie ein Verfahren zum Betrieb dieser Mühle. Die Luftwirbelmühle umfasst einen Rotor mit einer Vielzahl von Mahlplatten in einem Statorgehäuse zur Ausbildung mehrerer im Mahlraum angeordneter Mahlstufen.

In der DE 42 00 827 A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erfassung eines Kunststoffes oder Gummis aus einem Abfallgemisch beschrieben. Dabei findet unter anderem eine Zerkleinerung des Produktes und eine sich daran anschließende Sichtung statt. Um eine wirksame Erfassung eines Anteils zu ermöglichen, wird die Zerkleinerung des Produktes durch eine Vermahlung im Luftwirbel vorgeschlagen.

Die DE 38 11 910 A1 offenbart eine Mühle und ein Verfahren zum gleichzeitigen Mahlen und Trocknen eines feuchten Produktes. Dabei ist in einem zylindrischen Statorgehäuse ein Rotor mit übereinander angeordneten Mahltellern vorgesehen. Das Produkt wird zwischen einer am Innenumfang des Statorgehäuses vorgesehenen Mahlbahn und am Umfang des Rotors vorgesehenen Mahlplatten zerkleinert. In einem von unten nach oben strömenden Trögergas wird das Produkt überdies getrocknet und transportiert. Wenn das Eingangsprodukt über einen sich etwa parallel zur Rotorachse erstreckenden Schlitz filmartig unmittelbar in den Bereich zwischen Mahlbahn und Mahlplatten gepresst wird, lässt sich damit ein zum Verklumpen oder Verkleben neigenden feuchten Produkt ohne Vorbehandlung beaufschlagen. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verarbeitungsfähiges Kunststoffmaterial-Compound mit Sekundärrohstoffen oder Naturfasern kostengünstig und effizient herzustellen, welches auf einer Kunststoffverar- beitungsmaschine zu einem Produkt verarbeitet werden kann.

Diese Aufgabe wird verfahrensmäßig durch die in Anspruch 1 und vorrichtungsmäßig durch die in Anspruch 14 angegebenen Merkmale gelöst.

Ein Kerngedanke der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, dass mit einer zentralen Mühle, insbesondere einer schnell drehenden Mühle mit einem Ultrarotor, vorzugsweise einer Prallmühle, alle wesentlichen Arbeitsschritte, wie das Trocknen, Zerkleinern, Mischen und Beschichten zu erledigen. Vorzugsweise kann die Mühle dabei regelbar betrieben werden. Dabei werden die verschiedenen Ausgangskomponenten und -materialien der Mühle mit einem Luftstrom als Transportmedium zugeführt. Die verschiedenen Ausgangskomponenten und -materialien können aus Materialbehältern und Silos über Dosiervorrichtungen in der geeigneten Weise einer Zuführleitung zugegeben werden, in denen der Transport über den Luftstrom erfolgt.

Separat können der Mühle auch unmittelbar weitere Nebenkomponenten zugeführt werden. In der Mühle werden die verschiedenen Komponenten zum einen zerkleinert und gemischt. Aufgrund des durch die Mühle hindurch tretenden Luftstromes erfolgt aber nicht nur der Transport zu der Mühle und aus der Mühle, sondern auch eine Trocknung des Materialgemisches, da die Luft in der Mühle durch den beim Mahlvorgang entstehenden Prozesswärme aufgewärmt wird und dann eine größere Feuchtigkeit aufnehmen kann. Diese der Luft zugeführte Feuchtigkeit wird den Materialien entzogen, die dadurch getrocknet werden. Typische Daten sind dabei, eine Temperatur der zugeführten Luft im Bereich von 20° - 30° C und eine Temperatur der aus der Mühle abgeführten Luft im Bereich zwischen 50° und 80° C. Für starke Verunreinigungen oder hygroskopische Materialien kann auch vorgewärmte Luft eingesetzt werden, womit auch Austrittstemperatur steigt. In einer Kombination dieses Trocknungseffektes mit dem Zerkleinerungseffekt wird zudem erreicht, dass die Verunreinigungen an oder in den Kunststoffabfallteilen größtenteils abgelöst werden und in Form von Gas oder Feinstaub eine disperse Mischung mit der Transportluft eingehen. Eine zumindest teilweise stattfindende Trennung von sonstigen Verbundmaterialien erfolgt überdies in der Mühle. Die Transportluft wird vorzugsweise am Luftauslass dann vom Mahlgut getrennt. Als Verunreinigungen der Sekundärrohstoffe oder vorzerkleinerte Teilen sind insbesondere Druckfarben oder Reststoffe (z.B. Lebensmittelreste, Lösungsmittel, Chemikalien, Biosubstanzen, oder Mineralstoffe) zu verstehen.

Das Maß der Zerkleinerung der zugeführten Ausgangsprodukte wird neben der Konstruktion der Mühle selbst durch den Betrieb der Mühle - insbesondere deren Rotationsgeschwindigkeit - und den Luftstrom (dieser bestimmt unter anderem die Verweildauer) bestimmt. So können verschiedene Körnergrößen für das Materialcompound gewählt werden, von pulverförmig bis granulatförmig.

Überdies ist es beispielsweise durch die Verwendung einer Prallmühle als Mühle möglich, Verbundwerkstoffe oder Werkstoffe mit Anhaftungen, die als Sekundärrohstoff vorliegen, so aufzubereiten, dass sie spätestens am Ausgang der Mühle als Einzelwerkstoffe vorliegen und dann getrennt werden können. Liegt beispielsweise ein Flake-Teil aus einer mit einem Kunststoff beschichteten Aluminiumfolie vor, so wird sich in der Regel das Aluminiumteil vom Kunststoff abtrennen und in separater - z.B. verkugelter - Form vorliegen.

Insofern findet zumindest teilweise auch eine Trennung von Materialien auf mechanische Art und Weise in der Mühle statt.

Das Sekundärmaterial kann sortenrein wie auch vorgereinigt verwendet werden. Dies muss aber nicht der Fall sein. Eine Vorzerkleinerung der Kunststoffabfallstoffe ist jedoch sinnvoll. Je nach Materialeigenschaft des gewünschten Kunststoffmaterial-Compounds kann auch mehr oder weniger Kunststoff-Neuware zugeführt werden.

Als Wirksubstanzen oder Nebenkomponenten können beispielsweise Haftvermittler (z.B. für Hanffasern), unterschiedliche Coating-Materialien, Additive, Beschichtungsmaterialien, etc. verwendet werden.

Je nach Luftstromstärke und Mühlenkonstruktion wird sich bereits in der Mühle selbst Material ab einer bestimmten Dichte und Gewicht ablagern. So ist es ohne weiteres möglich, den Luftstrom so einzustellen, dass sich auf dem Boden der Mühle Metallabfall Stoffe sammeln, die dann entnommen werden können.

Ist das Kunststoffmaterial in der Mühle in geeigneter Weise zerkleinert und mit den anderen Komponenten und Nebenkomponenten gemischt und getrocknet, so wird es aus dem Auslass der Mühle abgeführt. Im Wesentlichen liegt dabei das fertige Kunststoffmaterial-Compound vor. Dies zeigt, dass die Schritte wie die Zerkleinerung, Mischung, Homogenisierung, Beschichtung, teilweise der Reinigung und Trocknung in einem einzigen Schritt zu erledigen sind.

Es können nun noch weitere Schritte und Vorrichtungen zur Nachbearbeitung nachgeschaltet werden. So ist es möglich, eine Abscheidungsvorrichtung der Mühle nachzuschalten, mit der die mit Feuchtigkeit befrachtete Förderluft abgeschieden wird. In dieser Förderluft ist in der Regel überdies auch ein Feinstaubanteil enthalten, der über eine geeignete Filtereinrichtung ebenfalls abgeschieden werden kann. In diesem Feinstaub finden sich beispielsweise die vorgenannten bereits erwähnten Verunreinigungen. Die Abscheidung des Feinstaubanteils trägt daher in wesentlichem Maße zur Verringerung der Geruchsbelastungen bei Verwendung des hergestellten Kunststoffmaterial-Compounds bei.

Nachfolgend der Mühle bzw. der Abscheideeinrichtung kann zudem ein Trenntisch angeordnet sein, mit dem nochmals bestimmte Materialkategorien wie beispielsweise Aluminium etc. heraussortiert werden können. Schließlich kann das Kunststoffmatehal-Compound in einem oder mehreren Mischsilos aufgenommen werden. Diese Mischsilos dienen zum einen zur Pufferung. Zum anderen dienen sie aber auch dazu, Inhomogenitäten aufgrund einer unterschiedlichen Befüllung der Materialbehälter auszugleichen. Aus diesem Grunde sollten die Mischsilos mit einer Größe von nicht unter 3 m ³ , vorzugsweise 10 m ³ oder größer, verwendet werden. Aus den Mischsilos kann das Kunststoffmaterial-Compound entweder direkt einer Verarbeitung zugeführt werden, also einer Spritzgießmaschine oder einem Extruder, oder gegebenenfalls kompaktiert und abgepackt werden, um dann für einen Vertrieb zur Verfügung zu stehen.

Als besonders geeignete Mühle hat sich eine ultrahoch-drehende Mühle mit einem Ultrarotor, insbesondere eine Prallmühle, herausgestellt, da die Standzeiten der Werkzeuge deutlich höher, als diejenige von Schneidwerkzeugen, liegt Dies ist darin begründet, da sich die Komponenten untereinander Zerkleinern und nicht geschnitten werden.

Die Stärke der Aufbereitung in der Mühle, die Reduzierung der Materialfeuchte etc. kann über die Stärke des Luftstromes geregelt werden. Zudem kann die Formgröße der Teilchen in der Mühle ebenfalls über die Rotationsgeschwindigkeit wie auch über die Stärke des Luftstroms gesteuert werden.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 und 2 einen schematischen Ablauf der Prozessschritte mit

Vorrichtungselementen für die vorliegende Erfindung und

Fig. 3 eine schematische Anlagenskizze, mit der die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung verdeutlicht werden kann. Im Folgenden wird auf die Fig. 1 und 2 sowie 3 parallel Bezug genommen und der Aufbau und die Funktionsweise einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Detail beschrieben. Zunächst ist eine Pumpe 10 vorgesehen, die einen Förderluftstrom erzeugt. In der Fig. 3 nicht dargestellt ist, dass dem Gebläse vorgeschaltet eine Temperiereinrichtung angeordnet ist, um den Luftstrom auf eine gewünschte Temperatur von beispielsweise 24° C zu temperieren. Die beiden Vorrichtungen wie Gebläse und Temperiereinrichtung sind über eine (ebenfalls nicht dargestellte) Steuer- oder Regeleinrichtung kontrolliert.

Die Förderluft wird in einer Förderleitung 12 einer Prallmühle 20 zugeführt. Der Förderleitung 12 angeschlossen sind zwei Materialbehälter oder Silos, nämlich ein Materialbehälter 14 für ein zwar vorzerkleinertes, aber weder sortenreines noch gereinigtes Kunststoff-Sekundärmaterial oder Naturfaser-Produkte und ein Materialbehälter 16 für Kunststoff-Neuware, beispielsweise Polyethylen. Diese Hauptkomponenten werden über nicht dargestellte Dosiervorrichtungen in einer geeigneten Weise der Zuführleitung 12 zudosiert (Schritt S112 in Fig. 1 ). Über einen optionalen Materialtrichter 18 kann zudem eine weitere Komponente der Zufuhrleitung 12 zugegeben werden. Die Zugabe der Materialien ist in der Fig. 1 über die Bezeichnungen R1.1 , R.2.1 und R3.1 für die verschiedenen Rohstoffe wie auch durch die Pfeile S113.1 , S113.2 und S113.3 als Verfahrensschritte dargestellt. Nach einer für die gewünschte Rezeptur geeigneten Zudosierung auf gravimetrische oder volumetrische Art (M116) werden die Rohstoffe in der die Materialien transportierende Förderluftstrom über die Zuführleitung 12 der Mühle 20 zugeführt (T116), in der ein Ultrarotor 22 mittels eines Antriebs 26 über eine Welle 24 in Ultrarotation versetzt wird.

Der Prallmühle 20 können zudem weitere Nebenkomponenten, wie Haftvermittler, Additive, Beschichtungsmaterial, Füllstoffe etc. unmittelbar zugeführt werden (S113.4), wie dies die Rezeptur des Kunststoffmatehal-Compounds erfordert. Die Prallmühle 20 stellt den zentralen Teil der Vorrichtung dar, in dem die wesentlichen Verfahrensschritte ablaufen (T118 und M118). Zum einen werden die unterschiedlichen Komponenten zerkleinert und dabei teilweise unterschiedliche Materialkompositionen mechanisch getrennt. Auf diese Weise ist eine Trennung von Schichtwerkstoffen möglich. Zudem werden die Materialien in der Prallmühle miteinander gemischt und aufgrund der Erwärmung des Luftstromes auf beispielsweise 60° oder 65° C getrocknet, da die Feuchtigkeit in den Ausgangsmaterialien vom wärmer werdenden Luftstrom aufgenommen werden kann. Die Erwärmung der Luft hängt dabei von der Betriebstemperatur der Mühle ab. Sie kann allgemein Temperaturen im Bereich zwischen 30° und 200° C annehmen.

Je nach der Stärke des Luftstromes fallen schwere Partikel, die durch ihr Eigengewicht nicht mit dem Luftstrom mitgerissen werden nach unten auf den Mühlenboden und sammeln sich in einem Abfallbereich 30 an. Diese Abfallstoffe können beispielsweise größere Metallteile umfassen; entstehen solche Abfallbereiche 30 müssen sie entweder kontinuierlich oder in bestimmten zeitlichen Abständen gereinigt und aus der Prallmühle 20 abgeführt werden.

Je nach Betrieb der Prallmühle 20 und Einstellung der Stärke des Luftstromes wird eine Kunststoff-Compoundmischung mit einer bestimmten Körnung erreicht, wobei dieses Kunststoffmatehal-Compound über den oben angeordneten Auslass und in eine weitere Förderleitung 32 abgeführt wird. Abgesehen von den Abfällen aus dem Abfallbereich 30 sind in diesem Luftstrom noch sämtliche Bestandteile der zugeführten Komponenten enthalten. Die Materialfeuchte und die Verunreinigungen sind nun jedoch im Luftstrom enthalten, das Compound-Matehal also getrocknet von Restanhaftungen befreit und überdies zerkleinert und in einer geeigneten Weise durchmischt.

Je nach Temperatur in der Mühle kann es auch möglich sein, dass die Kunststoffteilchen an der Oberfläche etwas angeschmolzen sind und die jeweiligen Nebenkomponenten daran verhaften, so dass die Gefahr für eine spätere Entmischung deutlich reduziert ist. Die Materialmischung aus dem Auslassbereich der Mühle wird nun über die Förderleitung 32 einer Abscheideeinrichtung zugeführt, aus der die Förderluft in Form einer Abluft 44 über die Leitung 36 und ein Gebläse 38 entzogen wird (S144). In der Förderluft ist zudem der Feinstaub enthalten. Dieser Feinstaub besteht zum großen Teil aus Verunreinigungen, beispielsweise Lebensmittelverunreinigungen, die in der Mühle durch Trocknung und den Mahlvorgang entstanden sind. So können beispielsweise Lebensmittelreste wie Milch, die später zu einer erheblichen Geruchsbelästigung führen könnten, entzogen werden. Der Feinstaub wird in einer Filtereinrichtung aufgefangen und über eine Abscheidungsleitung 42 abgeschieden.

Damit bleibt im Abscheider 34 selbst nunmehr im Wesentlichen das gemischte, zerkleinerte und getrocknete Kunststoffmaterial-Compound. Dieses kann, falls gewünscht, noch auf einen Trenntisch 45 aufgebracht werden (S146, S142), auf dem sich beispielsweise weitere unerwünschte Materialkomponenten wie Aluminiumteile etc. aussortieren lassen (T140, M140, S136)). Die aussortierten bzw. abgeschiedenen Materialien werden beispielsweise einer Metallfraktion zur weiteren Verwertung zugeleitet (S138).

Nach einer Ventilvorrichtung 46 stehen nun verschiedene Mischbehälter oder Mischsilos 50, 52 und 152 zur Verfügung, in denen das Kunststoffmaterial wahlweise eingefüllt werden kann.

Je nach Dosierung und Rezeptur kann in der vorliegenden Vorrichtung relativ schnell ein unterschiedliches Materialcompound erzeugt werden, so dass in den verschiedenen Misch- und Homogenisiersilos 50, 52 und 152 verschiedenste Materialrezepturen aufbewahrt werden können.

Die Misch- und Homogenisiersilos dienen dabei nicht nur der Pufferung, sondern auch der Chargenhomogenisierung (T154 und M154) und weisen dazu vorzugsweise ein Rührwerk auf. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn in dem Materialbehälter für den Sekundärrohstoff schichtweise unterschiedliche Rohstoffe eingefüllt sein können. Aus diesem Grund sollte die Größe des Mischsilos nicht unter 3 m ³ , besser noch 10 m ³ oder größer, gewählt werden. Nach den Mischsilos kann so hergestellte, fertige und verarbeitungsfähige Kunststoffmaterial-Compound entweder unmittelbar einer Verarbeitungseinheit wie einer Spritzgießmaschine oder einer Extrusionsvorrichtung zugeführt werden, wie dies mit der Förderleitung 54 dargestellt ist. Alternativ kann das Kunststoffmaterial- Coumpound noch abgefüllt und für eine spätere Verarbeitung gelagert und verschickt werden.

Der Vorteil der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, dass mit einer zentralen Mühle, insbesondere einer Prallmühle, alle wesentlichen Verfahrensschritte zur Herstellung eines Kunststoffmatehal-Compounds gemäß einem bestimmten Rezept mit Kunststoffsekundärstoffen und/oder Naturfasern durchgeführt werden können; es bedarf keiner zwei- oder mehrstufigen Anlage oder eines entsprechenden zwei- oder mehrstufigen Verfahrens. Überdies müssen die Ausgangsmaterialien nochmals insbesondere das Kunststoff-Sekundärmaterial nicht unbedingt fein sortiert oder gereinigt sein. Dies wirkt sich sehr positiv auf den Materialpreis des hergestellten verarbeitungsfähigen Kunststoffmaterial-Compounds aus.

Bezugszeichenliste

10 Gebläse

12 Erste Förderleitung

14 Behälter für Recycling-Material oder nachwachsende Rohstoffe

16 Behälter für weiteres Material (optional)

18 Zufuhrtrichter (optional)

20 Prallmühle

22 Rotor

24 Welle

26 Antrieb

28 Weitere Materialzufuhr

30 Abscheidung

32 Förderleitung

34 Abscheider

36 Zweite Förderleitung

38 Gebläse

40 Filter

42 Abscheidung/Feinstaub

44 Abluft

45 Trenntisch

46 Ventil

48 Förderleitung (umschaltbar)

50 Erstes Misch- und Homogenisiersilo

52 Zweites Misch- und Homogenisiersilo

54 Förderleitung zu einer Spritzgießmaschine

S112 Dosieren der Hauptkomponenten

5113.1 Materialzufuhr 1

5113.2 Materialzufuhr 2

5113.3 Materialzufuhr 3

5113.4 Materialzufuhr 4

S114 Zudosierung der Nebenkomponenten als Feststoff oder Flüssigkeit T116 Dosieren; Rezepturerstellung

M116 Geregelte und vernetzte Dosierorgane; gravimetrisch oder volumenthsch

T118 Reinigen, Zerkleinern, Trocknen, Mischen, Fixieren, Beschichten

M118 Zentrales Aggregat; z.B. Prallmühle mit Ultrarotor

S136 Kunststofffraktion

S138 Metallfraktion zur Verwertung

T140 Abtrennen von verkugelten oder freigelegten Metallen

M 140 Trenntisch

S142 Zufuhr zum Trenntisch

S144 Abscheidung der Prozessluft

S146 Mahlgut zur Weiterbearbeitung

150 Fördersysteme mit Wegschaltung

152 Drittes Mischsilo

T154 Puffern, Chargenhomogenisierung

M154 Mischsilos mit Rührwerken; mindestens 4 m ³