Verfahren zur Verarbeitung von Kunststoffpartikeln und Plastifizierschnecke für ein solches Verfahren Beschreibung : [0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung von Kunststoff- partikeln, insbesondere aus geschredderten Kunststoffabfällen, zu einer spritz- fähigen Formmasse sowie zu deren Förderung in eine Spritzgießmaschine, mit einer Plastifizierschnecke mit einer in einem Plastifizierzylinder angeordneten, an einem wellenförmigen Schneckenkern befindlichen Schneckenwendel, wo- bei die in ihrer Längsrichtung aus einer Mehrzahl von aufeinanderfolgenden Arbeitszonen bestehende Plastifizierschnecke mindestens einen Eingangs-und Kompressionsbereich zum Einzug der Kunststoffpartikel aus einem Ein- fülltrichter und zu deren technologischer Verarbeitung zu einer homogenen Formmasse sowie einen Transportbereich zur Förderung der spritzfähigen, homogenen Formmasse in eine in die Spritzgießmaschine mündende Aus- trittsöffnung aufweist. Die Erfindung betrifft ferner eine Plastifizierschnecke zum Spritzgießen mit einer in einem Plastifizierzylinder angeordneten, an einem wellenförmigen Schneckenkern befindlichen Schneckenwendel, wobei der Schneckenkern entlang der Gesamtlänge der Plastifizierschnecke mehrere Be- reiche mit jeweils mehreren Arbeitszonen aufweist, nämlich einen Eingangs- und Kompressionsbereich zum Einzug von Kunststoffpartikeln aus einem Ein- fülltrichter und zu deren technologischer Verarbeitung zu einer homogenen Formmasse und einen Transportbereich zur Förderung der spritzfähigen, ho- mogenen Formmasse in eine in eine Spritzgießmaschine mündende Aus- trittsöffnung.

[0002] Ein Verfahren dieser Art einschließlich der zugehörigen Plastifizier- schnecke ist in der Patentschrift DE 42 38 277 C2 ausführlich beschrieben.

Eine solche Plastifizierschnecke wandelt unter Einwirkung von Druck und Tem- peratur die Kunststoffpartikel in einer Folge von Arbeitszonen in eine spritzfä- hige Formmasse um, die in eine Spritzgießmaschine eingeführt und dort un- mittelbar verarbeitet werden kann. Während die für dieses Verfahren erforderli- che Prozesswärme teilweise zugeführt werden muss, werden die Druckverhält- nisse innerhalb der Plastifizierschnecke vor allem von der Ausgestaltung der Schneckengeometrie bestimmt, insbesondere durch Vergrößerung und/oder Verkleinerung des freien, dem Kunststoff verfügbaren Volumens innerhalb des Plastifizierzylinders. Dazu kann beispielsweise der Durchmesser des Schneckenkerns in Förderrichtung variiert werden. Auf diese Weise ist es ge- lungen, die in einem Einfülltrichter einfallenden Kunststoffpartikei in einem rein mechanischen Arbeitsgang in eine spritzfähige Formmasse umzuwandeln, gleichgültig, ob es sich dabei um geschredderte Kunststoffabfälle oder Neu- werkstoffe handelte.

[0003] Kunststoffabfälle tragen in dieses Verfahren unerwünschte Anteile ein. So enthalten hygroskopische Kunststoffe Wasser, das in einem vorherge- henden, zeit-und kostenaufwendigen Trockenvorgang aus den Kunststoffpar- tikeln entfernt werden muss ; verbleibende Restfeuchte ist hierbei nicht auszu- schließen. Andere unerwünschte Beimengungen werden dabei zumeist nicht mit ausgeschieden ; hierzu gehören vor allem in den Kunststoffen verbliebene Bestandteile von Lacken und Lösungsmitteln und restierende Monomere, die allesamt die Qualität der Fertigerzeugnisse mindern und beispielsweise deren Oberflächengüte beeinträchtigen und/oder zu schadhaften Ablagerungen an den verwendeten, teilweise sehr teuren Spritzgießformen führen und deren Le- bensdauer verkürzen.

[0004] Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, diese Mängel zu beseiti- gen und dabei die aus den Kunststoffpartikeln hergestellte Formmasse von al- len unerwünschten Beimengungen in einem kontinuierlichen Prozess zu be- freien, bevor diese in den Spritzvorgang gelangen.

[0005] Erfindungsgemäß wird die Aufgabe zunächst durch ein Verfahren der eingangs näher bezeichneten Art gelöst, bei dem zwischen dem Eingangs-und Kompressionsbereich und dem Transportbereich ein Reinigungsbereich vorge- sehen ist, in dem die bereits zumindest teilweise homogenisierte Formmasse durch Entgasung gereinigt und dabei störende Anteile der Formmasse gasför- mig ausgeschieden werden, wobei insbesondere Wasser, Lacke, Lösungsmittel und Monomere oder dergleichen Anteile aus der Formmasse als Gase ausge- schieden werden können. Die Einschaltung einer Entgasungsstufe direkt in dem innerhalb der Plastifizierschnecke ablaufenden Umwandlungsprozess stellt sicher, dass dieser bei gleichzeitiger Reinigung der Formmasse weiterhin kontinuierlich abgewickelt werden kann und die störenden Beimengungen in den Kunststoffpartikeln bzw. in der spritzförmigen Formmasse nicht vorher oder nachher in einem diskontinuierlichen Arbeitsgang entfernt werden müssen oder deren qualitätsmindernden Wirkungen in Kauf zu nehmen wären.

[0006] Dabei ist es am besten, wenn in dem Reinigungsbereich die durch Entgasung der Formmasse aus dieser herausgelösten Anteile aus dem Pla- stifizierzylinder abgeführt werden, bevor die Formmasse in den Transportbe- reich gefördert wird ; dazu ist es besonders vorteilhaft, wenn der Druck in dem Reinigungsbereich der Plastifizierschnecke soweit abgesenkt wird, dass mit den Gasen keine weiteren, pastösen Bestandteile der Formmasse aus dem Plastifi- zierzylinder ausgetragen werden. Auf diese Weise gestaltet sich die Abführung der entgasten Bestandteile besonders einfach, die beispielsweise unmittelbar einer Absaugung zugeführt werden können, ohne dass Teile der Formmasse mitgerissen werden.

[0007] Eine bevorzugte Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens be- steht weiterhin darin, dass jedem der in den Arbeitszonen ablaufenden aufein- anderfolgenden, detaillierten Verfahrensschritte jeweils ein charakteristischer Temperaturverlauf oder eine bestimmte Temperatur zugeordnet wird, die unab- hängig von den Temperaturverläufen während des jeweils vorangehenden und/oder nachfolgenden Verfahrensschrittes gewählt werden. Auf diese Weise kann die Temperatursteuerung dem Umwandlungsprozess innerhalb der Plasti- fizierschnecke und der Art der eingesetzten Kunststoffe und deren möglichen auszuscheidenden Beimengungen genau angepasst werden ; sie kann als Pro- grammsteuerung ausgeführt und von einem Rechner geführt sein, so dass dann das gesamte Verfahren relativ selbsttätig abläuft. Auf diese Weise gelingt es, unerwünschte Anteile aus der Formmasse nahezu vollständig zu entfernen, die Qualität der aus der Formmasse in der Spritzgießmaschine hergestellten Erzeugnisse wesentlich zu verbessern und die Lebensdauer der erforderlichen hochwertigen Spritzgießformen zu erhöhen, ohne Qualitätsverluste in Kauf nehmen zu müssen.

[0008] Weiterhin wird die Aufgabe der Erfindung durch eine Plastifizier- schnecke gelöst, bei der in einem Reinigungsbereich zwischen dem Eingangs- und Kompressionsbereich und dem Transportbereich an dem Plastifizierzylin- der ein Auslass für die zu entfernenden Gase vorgesehen ist, der bevorzugt in einfacher Weise das Innere des Plastifizierzylinders mit einem Raum geringe- ren Druckes verbindet, beispielsweise mit der Atmosphäre, so dass, wenn das erforderlich ist, die Gase mit wenig Aufwand abgeführt und schadlos beseitigt werden können. Eine Druckabsenkung im Einzugsbereich des Auslasses kann in einfacher Weise dadurch herbeigeführt werden, dass der Durchmesser des Schneckenkerns in dem Reinigungsbereich abgesenkt und ein Ringraum aus- gebildet ist, dessen Volumen das des vorangehenden, der Formmasse zur Verfügung stehenden Raumvolumens, vorzugsweise beträchtlich, übertrifft. Es ist damit sichergestellt, dass die pastöse Formmasse gänzlich im Bereich der Plastifizierschnecke verbleibt und auch nicht partiell von den durch den Auslass austretenden Gasen mitgerissen wird. Der zur Förderung der Formmasse aus der Austrittsöffnung der Plastifizierschnecke erforderliche Stempeldruck wird dadurch gewonnen, dass innerhalb des Transportbereiches der Durchmesser des Schneckenkerns wieder angehoben und das für die Formmasse verfügbare Raumvolumen wieder verkleinert ist. Ein Rückstau wegen des niedrigeren Druckes in dem Reinigungsbereich erfolgt wegen der dynamischen Förderung der Formmasse durch die Plastifizierschnecke nicht.

[0009] Es ist zweckmäßig, wenn der Reinigungsbereich im wesentlichen der Trennung der Formmasse von den bereits aus ihr entgasten unerwünschten Beimengungen zur Verfügung steht. Deshalb ist eine besonders vorteilhafte Ausführung der erfindungsgemäßen Plastifizierschnecke dadurch gekennzeich- net, dass innerhalb des Eingangs-und Kompressionsbereiches kurz vor dem Reinigungsbereich der Durchmesser des Schneckenkerns abgesenkt und ein Ringraum ausgebildet ist, dessen Volumen das des vorangehenden, der Formmasse zur Verfügung stehenden Raumes, vorzugsweise beträchtlich, übertrifft, so dass die Entgasung der Formmasse bereits hier zu großen Teilen oder gänzlich erfolgen kann.

[0010] Einen feinfühligen, dem jeweils eingesetzten Kunststoff angepassten Temperaturverlauf in den Arbeitszonen der Plastifizierschnecke gewinnt man, wenn vielen oder allen Arbeitszonen jeweils eine gesonderte und von den ande- ren unabhängig steuerbare Heizung zugeordnet ist.

[0011] Schließlich hat es sich gezeigt, dass der mit einer Druckverminderung einhergehende Transportbereich am besten in Förderrichtung vor der Austrittsöffnung in einer Arbeitszone endet, die als auslaufende Spitze ausge- bildet ist, wobei die Schneckenwendel soweit wie möglich in die Spitze hinein- geführt ist.

[0012] Insgesamt stehen damit ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ver- fügung, mit deren Hilfe die oben beschriebenen Nachteile des Standes der Technik gegebenenfalls restlos beseitigt sind, gleichzeitig aber der gesamte Arbeitsprozess der Herstellung und Bereitstellung einer spritzfähigen Form- masse aus Kunststoffpartikeln sowohl aus neuen Kunststoffen als auch aus geschredderten Kunststoffabfällen kontinuierlich abläuft und eine diskontinuier- liche Entgasung nicht mehr erforderlich ist.

[0013] Welche Art von Bauteilen aus dem erfindungsgemäß verarbeiteten Kunststoff hergestellt werden, ist grundsätzlich beliebig. Es sind deshalb vielfältige Einsatzmöglichkeiten denkbar. Besonders große Vorteile bietet der erfindungsgemäß verarbeitete Kunststoff jedoch bei der Beschichtung von Bauteilen durch Lackieren oder Tauchen, wie es insbesondere in der Automobilindustrie Anwendung findet. Um die Beschichtungsprozesse mit ausreichender Qualität durchführen zu können, sind vielfach Bauteile notwendig, die als Betriebsmittel bei der Positionssicherung von Karosserieteilen während der Lackierung und/oder Beschichtung im Tauchbad dienen. Beispielsweise ist es beim Lackieren einer Kfz-Karosserie notwendig, das der Kofferraumdeckel von solch einem Bauteil offengehalten wird, damit der Kofferraum auch auf der Innenseite lackiert werden kann.

[0014] Bisher werden zur Positionssicherung in der Regel entsprechend gestaltete Metallteile verwendet. Um Farbfehler zu verhindern, ist es bei diesen Metallteilen vor der Verwendung bei einem weiteren Lackiervorgang notwendig, die Metallteile sorgfältig zu reinigen und so die beim Lackieren aufgebrachte Farbspuren zu entfernen. Diese Reinigung ist jedoch zeit-und kostenaufwendig. Durch Substitution dieser Metallteile durch Kunststoffteile, die aus einem erfindungsgemäß verarbeiteten Kunststoff gefertigt sind, kann somit ein großer Kostenvorteil erreicht werden. Die Farbreste müssen nach dem Lackieren nicht mehr einzeln entfernt werden. Vielmehr werden die Kunststoffteile nach dem Lackieren zerkleinert und aus den dabei entstehenden Kunststoffpartikeln neue Kunststoffteile gefertigt. Die störenden Lack-oder Farbreste werden durch das erfindungsgemäße Verarbeitungsverfahren ohne großen Aufwand aus der Kunststoffmasse entfernt.

[0015] Um die Kunststoffqualität auch nach der Durchführung einer Vielzahl von Zyklen auf einem für den jeweiligen Anwendungsfall ausreichenden Niveau zu halten, kann den durch zerkleinern erhaltenen Kunststoffpartikeln eine entsprechend geeignete Teilmenge von Neuware bei jedem Zyklus zugemischt werden.

[0016] Anhand der Zeichnung wird nachstehend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1 eine Plastifizierschnecke nach der Erfindung, Fig. 2 die gleiche Plastifizierschnecke, jedoch vereinfacht und unter Angabe ihrer Arbeitszonen, Fig. 3 die Plastifizierschnecke entsprechend Fig. 1 und 2, stark vergrößert und Fig. 4 den Verlauf des Druckes in der Plastifizierschnecke, sämtlich in schematischer, vereinfachter Darstellung. l0017] Eine Plastifizierschnecke nach der Erfindung besteht im wesentlichen entsprechend Fig. 1,2 aus einem Schneckenkern 1 mit einer (Fig. 2) auf diesen aufgelegten Schneckenwendel 2 und einem in der Fig. 3 angedeuteten Plastifizierzylinder 3. Zwischen dem Schneckenkern 1 und der Innenwand 4 des Plastifizierzylinders 3 verbleiben Raumvolumina 5 unterschiedlicher Ab- messung, deren Größe jeweils von dem Außendurchmesser d des Schnecken- kernes 1 und dem Innendurchmesser D des Plastifizierzylinders 3 abhängt so- wie davon, auf welche Länge I diese Durchmesser d, D unverändert bleiben.

Für eine Arbeitszone A6 der in insgesamt 12 Arbeitszonen Ai (i=1... 12) einge- teilten Plastifizierschnecke sind diese Größen in der Fig. 3 beispielsweise ange- geben. l0018] An dem Plastifizierzylinder 3 ist ein Einfülltrichter 6 angedeutet, der zur Beschickung der Plastifizierschnecke mit Kunststoffpartikeln vorgegebener Konfektion dient, die, insbesondere, wenn sie aus Kunststoffabfällen gewonnen worden sind, gegebenenfalls unerwünschte Beimengungen aufweisen, die nicht in eine Spritzgießmaschine gelangen dürfen. Zu diesem Zweck werden diese von den Kunststoffen aufgenommenen Anteile wie Wasser, Lacke, Lö- sungsmittel oder monomere Kunststoffe und dergleichen in einer als Reini- gungsbereich RB bezeichneten Arbeitszone A7 aus der homogenen Form- masse ausgeschieden, in welche hier die Kunststoffpartikel schon transformiert sind, nachdem sie einen kombinierten Eingangs-und Kompressionsbereich KB aus einer Folge von Arbeitszonen A1-A6 durchlaufen haben. Die dement- sprechend in der Arbeitszone A7 anfallenden Gase werden über einen Auslass 7 aus dem Innenraum des Plastifizierzylinders 3 in den Raum U abgesaugt und entsorgt. Während in einem Einzug A1 die Kunststoffpartikel zunächst in den Arbeitsbereich der Plastifizierschnecke gelangen, werden sie nach einer ersten Mischzone A2 in einer Kompressionszone A3 hochkomprimiert und homoge- nisiert, bevor sie in einer von zwei sogenannten Meteringzonen A4 und A6 begrenzten Entgasungszone A5 von ihren abzuführenden, im Gegensatz zu dem hochpolymeren Kunststoff niedrigsiedenden Bestandteilen befreit werden, die wie dargelegt in dem Reinigungsbereich RB entweichen können. Einem weiteren Einzug A8 folgen schließlich in dem Transportbereich TB erneut eine Kompressionszone A9 und eine weitere Meteringzone A10, wobei in den Mete- ringzonen A4, A10 die jeweils vorangegangene Kompression der Formmasse zumindest teilweise rückgängig gemacht wird. Schließlich gelangt die Form- masse nach einer zweiten Mischzone A11 in den Bereich der in eine Aus- trittsöffnung 8 auslaufenden Spitze 9 in der Übergangszone A12, in der die spritzbereite Formmasse von gegebenenfalls mitgerissenen Lufteinschlüssen befreit, teilweise wieder komprimiert wird und eine Konsistenz erhält, die sie zum Spritzgießen besonders geeignet macht. Die Spitze 9 ist in der Regel aus- wechelbar, so dass sie, in unterschiedlicher Geometrie ausgeführt, dem jeweili- gen Kunststoff exakt angepasst werden kann.

[0019] In der Fig. 4 ist der Druck p in der Formmasse über der Gesamtheit der Arbeitszonen Ai aufgetragen ; Änderungen des Druckes p hängen allein von der Geometrie der Plastifizierschnecke-Durchmessser d des Schneckenkerns 1, Steigung und Höhe der Schneckenwendel 2, Längen I der Arbeitszonen Ai, <BR> <BR> Innendurchmesser D des Plastifizierzylinders 3 usw. -ab wie aber auch von den jeweils herrschenden Temperaturen, die mittels den jeweiligen Arbeitszo- nen Ai einzeln zugeordneten Heizfeldern steuerbar sind ; die Einzelheiten einer solchen Anordnung wie auch die beispielsweise programmabhängige und ge- gebenenfalls rechnerorientierte Temperatursteuerung dieser Heizfelder sind fachgemäß und in der Zeichnung daher weggelassen. In der Fig. 4 ist deutlich zu erkennen, dass der Druck in den Arbeitszonen A7, A8 deutlich abgesenkt ist, so dass tatsächlich die gesamte Formmasse innerhalb der Plastifizierschnecke verbleibt, trotz des in diesem Bereich befindlichen Auslasses 7.

Bezugszeichenliste [0020] 1 Schneckenkern 2 Schneckenwendel 3 Plastifizierzylinder 4 Innenwand 5 Raumvolumen 6 Einfülltrichter 7 Auslass 8 Austrittsöffnung 9 Spitze d Außendurchmesser, Durchmesser D Innendurchmesser, Durchmesser 1 Länge (einer Arbeitszone) Ai=A1-A12 Arbeitszonen A1 Einzug A2 (erste) Mischzone A3 Kompressionszone A4 Meteringzone A5 Entgasungszone A6 Meteringzone A7 Reinigungszone A8 Einzug A9 Kompressionszone A10 Meteringzone A11 (zweite) Mischzone A12 Übergangszone KB Eingangs-und Kompressionsbereich (A1-A6) RB Reinigungsbereich (A7) TB Transportbereich (A8-A12)